Zastosowanie smoły w materiałach anodowych

2025-03-26

Grafit, który jest używany jako komercyjny materiał anodowy, coraz mniej spełnia rosnące zapotrzebowanie na materiały anodowe o wysokiej pojemności z powodu swojej ograniczonej teoretycznej pojemności. Jeśli smoła jest używana jako prekursor węgla dla anody baterii litowo-jonowej, może to nie tylko zrealizować wysokowartościowe wykorzystanie smoły, ale także dostarczyć nowe metody i eksploracje w celu poprawy wydajności elektrochemicznej materiałów anodowych.

Li P i in. użyli nano-cząsteczek tlenku magnezu jako szablonu, a smołę naftową jako źródło węgla. Po ultradźwiękowym rozproszeniu w fazie ciekłej, były poddawane obróbce w wysokiej temperaturze 800 °C przez 1 godzinę pod ochroną azotu, a szablon został usunięty przez trawienie, aby przygotować ultracienkie struktury o unikalnej strukturze pustej. Porowata powłoka węglowa (PACS). Dzięki ultracienkim warstewkom i hierarchicznej porowatej strukturze, PACS zapewnia więcej aktywnych miejsc do transportu jonów, osiągając 334 mAh g-1 po 1000 cyklach przy gęstości prądu 1 A g-1, odwracalną pojemność i 90% retencji pojemności.

Podczas przygotowania, sieciowanie jest wspomagane przez wprowadzenie tlenu z powietrza, co zapobiega koalescencji asfaltu o niskiej temperaturze mięknienia w emulsji i nie wymaga obróbki po zakończeniu, aby ustabilizować jego sferyczną morfologię. Gdy jest używany jako materiał na elektrodę ujemną w akumulatorach litowo-jonowych, pojemności gramowe PCB wynoszą 373,6 mAhg-1 i 125,8 mAhg-1 przy gęstościach prądu 0,05 Ag-1 i 5 Ag-1, odpowiednio. Pojemności wynoszą 316,1 mAhcm-3 i 106,4 mAhcm-3, odpowiednio.

Materiał węglowy oparty na asfalcie może być używany jako elektroda ujemna w celu poprawy wartości asfaltu, ale ze względu na złożony skład asfaltu, pojemność samego materiału asfaltowego nie jest wysoka. Jeśli jest on bezpośrednio używany jako materiał ujemny, wymaga przeprowadzenia projektowania mikrostruktury, co utrudnia masową produkcję, a koszty są zbyt wysokie. Dlatego asfalt jest zazwyczaj stosowany jako materiał modyfikowany w procesie produkcji, aby osiągnąć wysokowartościowe wykorzystanie asfaltu.

Pokrycie powierzchniowe jest jedną z najczęściej stosowanych metod modyfikacji materiałów anodowych w przemyśle obecnie. Metoda ta tworzy warstwę amorficznego węgla na powierzchni materiałów poprzez karbonizację w fazie stałej, fazie ciekłej lub fazie gazowej, aby zbudować „strukturę rdzeń-powłoka”. „Struktura powłoki” na powierzchni może skutecznie powstrzymywać i amortyzować rozszerzanie objętości lub uszkodzenia strukturalne aktywnego centrum materiału katodowego, jednocześnie zwiększając kompatybilność z elektrolitem i utrzymując stabilność materiału elektrodowego.

Grafit jako materiał anodowy w bateriach litowo-jonowych wciąż ma wiele problemów, takich jak w procesie ładowania i rozładowania, wbudowywanie i usuwanie jonów litu prowadzi do łuszczenia się warstw i zniszczenia struktury grafitu, a kompatybilność grafitu z elektrolitem jest słaba, współczynnik dyfuzji chemicznej jonów litu w graficie jest mały. Aby rozwiązać te problemy, grafit musi być modyfikowany. Jako powszechne źródło węgla dla modyfikowanego grafitu, asfalt zyskał szerokie zainteresowanie badaczy.

Materiał anody oparty na pitchu ma pewne innowacje w swojej strukturze materiałowej i metodzie przygotowania, a pojemność i wydajność szybkościowa osiągnęły wielkie przełomy w porównaniu z materiałami anodowymi opartymi na graficie, jednak zjawisko histerezy napięcia ładowania-rozładowania jest poważne, gęstość energii jest zmniejszona, a masowa produkcja jest trudna; jednak mechanizm modyfikacji powłoki asfaltowej wciąż nie jest jasny, a dalsze poprawienie właściwości materiału i utrzymanie spójności właściwości materiałów modyfikowanych wciąż pozostaje niejasne. Istnieje większy potencjał do technicznych ulepszeń.

Chociaż asfalt jest powszechnie stosowany w przemyśle, jego skład i struktura są złożone z powodu skomplikowanych źródeł surowców asfaltowych oraz różnic w technologii przetwarzania. W trakcie procesu produkcji, z powodu długiego czasu przesiewania surowego asfaltu, niestabilność procesu przesiewania prowadzi do zwiększenia kosztów i niskiej spójności gotowych produktów. Dlatego rozwój specjalnego asfaltu do materiałów anodowych akumulatorów litowo-jonowych oraz szybkie wykrywanie asfaltu są również w centrum uwagi kolejnych zmodyfikowanych materiałów anodowych na bazie asfaltu.