Applicazione dell'Asfalto nei Materiali per Anodi

2025-03-26

Il grafite, utilizzato come materiale anodico commerciale, è sempre meno in grado di soddisfare la crescente domanda di materiali anodici ad alta capacità a causa della sua capacità teorica limitata. Se il catrame viene utilizzato come precursore di carbonio per l'anodo delle batterie agli ioni di litio, non solo può realizzare l'utilizzo ad alto valore aggiunto del catrame, ma può anche fornire alcuni nuovi metodi ed esplorazioni per migliorare le prestazioni elettrochimiche dei materiali anodici.

Li P et al. hanno utilizzato nanoparticelle di ossido di magnesio come template e catrame petrolifero come fonte di carbonio. Dopo la dispersione ultrasonica in fase liquida, sono stati trattati ad alta temperatura di 800 °C per 1 h sotto protezione azotata, e il template è stato rimosso mediante decapaggio per preparare strutture cave ultrafini con una struttura unica. Guscio di Carbonio Poroso (PACS). Grazie agli strati ultrafini e alla struttura porosa gerarchica, il PACS fornisce più siti attivi per il trasporto degli ioni, con una capacità reversibile di 334 mAh g-1 dopo 1.000 cicli a una densità di corrente di 1 A g-1 e una conservazione della capacità dell'90%.

Durante la preparazione, il reticolamento è promosso dall'introduzione di ossigeno nell'aria, il che evita la coalescenza del catrame a basso punto di fusione nell'emulsione e non richiede trattamenti posteriore per stabilizzare la sua morfologia sferica. Quando viene utilizzato come materiale per elettrodi negativi per le batterie agli ioni di litio, le capacità in grammi del PCB sono di 373,6 mAhg-1 e 125,8 mAhg-1 a densità di corrente di 0,05 Ag-1 e 5 Ag-1, rispettivamente. Le capacità sono di 316,1 mAhcm-3 e 106,4 mAhcm-3, rispettivamente.

Il materiale carbonioso a base di asfalto può essere utilizzato come elettrodo negativo per migliorare il valore dell'asfalto, ma a causa della composizione complessa dell'asfalto, la capacità del materiale asfaltico stesso non è alta; se utilizzato direttamente come materiale negativo, deve essere progettato a livello microstrutturale e è difficile da produrre in massa, e il costo è troppo elevato. Pertanto, l'asfalto è solitamente utilizzato come materiale modificato nel processo produttivo per raggiungere un utilizzo ad alto valore aggiunto dell'asfalto.

Il rivestimento superficiale è uno dei metodi più comunemente utilizzati per modificare i materiali anodici in industria al momento. Questo metodo forma uno strato di carbonio amorfo sulla superficie dei materiali mediante carbonizzazione in fase solida, liquida o gassosa per costruire una “struttura a core-shell”. La “struttura a guscio” della superficie può efficacemente limitare e assorbire l'espansione volumetrica o il danno strutturale del centro attivo del materiale per elettrodi negativi, aumentando al contempo la compatibilità con l'elettrolita e mantenendo la stabilità del materiale elettrodico.

Il grafite come materiale anodico per le batterie agli ioni di litio presenta ancora molti problemi, come nel processo di carica e scarica, l'incorporamento e lo stripping degli ioni di litio portano allo sfaldamento lamellare e alla distruzione della struttura del grafite, la compatibilità tra il grafite e l'elettrolita è scarsa, il coefficiente di diffusione chimica degli ioni di litio nel grafite è piccolo. Per risolvere questi problemi, è necessario modificare il grafite. Come fonte di carbonio comune per il grafite modificato, l'asfalto è stato ampiamente considerato dai ricercatori.

Il materiale anodico a base di pitch presenta alcune innovazioni nella sua struttura materiale e nel metodo di preparazione, e la capacità e le prestazioni in termini di velocità hanno fatto notevoli progressi rispetto ai materiali anodici a base di grafite, ma il fenomeno dell'isteresi della tensione di carica-scarica è grave, la densità energetica è ridotta e la produzione in massa è difficile; tuttavia, il meccanismo di modifica del rivestimento in asfalto è ancora poco chiaro e ulteriori miglioramenti delle proprietà del materiale e il mantenimento della coerenza delle proprietà dei materiali modificati rimangono poco chiari. C'è un ampio margine per il miglioramento tecnico.

Sebbene l'asfalto sia ampiamente utilizzato nell'industria, la composizione e la struttura dell'asfalto sono complesse a causa delle complesse fonti di materie prime per l'asfalto e delle differenze nella tecnologia di lavorazione. Durante il processo di produzione, a causa del lungo tempo di screening dell'asfalto grezzo, l'instabilità del processo di screening porta a costi aumentati e a bassa coerenza dei prodotti finiti. Pertanto, lo sviluppo di asfalti speciali per i materiali degli anodi delle batterie agli ioni di litio e la rapida rilevazione dell'asfalto sono anche al centro dei materiali per anodi modificati successivi.