Aplikasi Aspal dalam Material Anoda

2025-03-26

Grafit, yang digunakan sebagai bahan anoda komersial, semakin tidak dapat memenuhi permintaan yang meningkat untuk bahan anoda berkapasitas tinggi karena kapasitas teoritisnya yang terbatas. Jika pitch digunakan sebagai prekursor karbon untuk anoda baterai ion-lithium, ini tidak hanya dapat mewujudkan pemanfaatan nilai tambah tinggi dari pitch, tetapi juga memberikan beberapa metode dan eksplorasi baru untuk meningkatkan kinerja elektrokimia dari bahan anoda.

Li P et al. menggunakan partikel nano-magnesium oksida sebagai cetakan dan pitch minyak bumi sebagai sumber karbon. Setelah dispersi ultrasonik dalam fase cair, mereka diperlakukan pada suhu tinggi 800 °C selama 1 jam di bawah perlindungan nitrogen, dan cetakan dihilangkan dengan asam untuk mempersiapkan struktur hollow ultra-tipis dengan struktur berongga yang unik. Shell Karbon Berpori (PACS). Karena lapisan ultra-tipis dan struktur berpori yang hierarkis, PACS menyediakan lebih banyak situs aktif untuk transportasi ion, dengan kapasitas reversibel 334 mAh g-1 setelah 1.000 siklus pada kerapatan arus 1 A g-1 dan retensi kapasitas 90%.

Selama persiapan, pengikatan silang dipromosikan oleh pengenalan oksigen di udara, yang menghindari koalesensi aspal dengan titik lebur rendah dalam emulsi dan tidak memerlukan perlakuan pasca untuk menstabilkan morfologi sferiknya. Ketika digunakan sebagai bahan elektroda negatif untuk baterai ion-lithium, kapasitas gram PCB adalah 373,6 mAhg-1 dan 125,8 mAhg-1 pada kerapatan arus 0,05 Ag-1 dan 5 Ag-1, masing-masing. Kapasitasnya adalah 316,1 mAhcm-3 dan 106,4 mAhcm-3, masing-masing.

Bahan karbon berbasis aspal dapat digunakan sebagai elektroda negatif untuk meningkatkan nilai aspal, tetapi karena komposisi aspal yang kompleks, kapasitas bahan aspal itu sendiri tidak tinggi, jika digunakan langsung sebagai bahan negatif, perlu dilakukan desain mikrostruktur, dan sulit untuk produksi massal, dan biayanya terlalu tinggi. Oleh karena itu, aspal biasanya digunakan sebagai bahan modifikasi dalam proses produksi untuk mencapai pemanfaatan nilai tambah tinggi dari aspal.

Pelapisan permukaan merupakan salah satu metode yang paling umum digunakan untuk memodifikasi material anoda di industri saat ini. Metode ini membentuk lapisan karbon amorf pada permukaan material melalui karbonisasi fase padat, fase cair, atau fase gas untuk membangun “struktur inti-kulit”. “Struktur kulit” permukaan dapat secara efektif menahan dan menahan ekspansi volume atau kerusakan struktural dari pusat aktif material elektroda negatif, sekaligus meningkatkan kompatibilitas dengan elektrolit dan menjaga stabilitas material elektroda.

Grafit sebagai bahan anoda baterai lithium-ion masih memiliki banyak masalah, seperti dalam proses pengisian dan pengosongan, penanaman dan pengelupasan ion lithium menyebabkan pengelupasan lamela dan penghancuran struktur grafit, kompatibilitas grafit dan elektrolit yang buruk, serta koefisien difusi kimia ion lithium dalam grafit yang kecil. Untuk mengatasi masalah ini, grafit perlu dimodifikasi. Sebagai sumber karbon umum untuk grafit yang dimodifikasi, aspal telah banyak diperhatikan oleh para peneliti.

Bahan anoda berbasis pitch memiliki beberapa inovasi dalam struktur material dan metode persiapannya, dan kapasitas serta kinerja laju telah membuat terobosan besar dibandingkan dengan bahan anoda berbasis grafit, tetapi fenomena histeresis tegangan pengisian-pengosongan cukup serius, densitas energi menurun, dan sulit untuk diproduksi secara massal; Namun, mekanisme modifikasi pelapisan aspal masih tidak jelas, dan peningkatan sifat material lebih lanjut serta pemeliharaan konsistensi sifat dari material yang dimodifikasi masih belum jelas. Ada ruang yang lebih besar untuk perbaikan teknis.

Meskipun aspal banyak digunakan di industri, komposisi dan struktur aspal cukup kompleks karena sumber bahan mentah aspal yang rumit dan perbedaan dalam teknologi pemrosesan. Selama proses produksi, karena waktu penyaringan aspal mentah yang lama, ketidakstabilan proses penyaringan menyebabkan peningkatan biaya dan rendahnya konsistensi produk akhir. Oleh karena itu, pengembangan aspal khusus untuk bahan anoda baterai lithium-ion dan deteksi cepat aspal juga menjadi fokus dari bahan anoda yang dimodifikasi dengan aspal selanjutnya.