Aplicarea asfaltului în materialele anodice

2025-03-26

Grafitul, care este utilizat ca material anodic comercial, devine din ce în ce mai incapabil să satisfacă cererea în creștere pentru materiale anodice de înaltă capacitate din cauza capacității sale teoretice limitate. Dacă se folosește gudronul ca precursor de carbon pentru anodul bateriilor cu litiu-ion, nu numai că se poate realiza utilizarea cu valoare adăugată ridicată a gudronului, dar se pot oferi și unele metode și explorări noi pentru îmbunătățirea performanței electrochimice a materialelor anodice.

Li P et al. au folosit particule de nano-oxid de magneziu ca șablon și gudron de petrol ca sursă de carbon. După dispersia ultrasonică în faza lichidă, acestea au fost tratate la o temperatură ridicată de 800 °C timp de 1 oră sub protecția azotului, iar șablonul a fost îndepărtat prin decapare pentru a pregăti structuri ultra-subțiri cu o structură unică de goluri. Coajă de carbon poroasă (PACS). Datorită lamelilor ultra-subțiri și structurii poroase ierarhice, PACS oferă mai multe site-uri active pentru transportul ionilor, având o capacitate reversibilă de 334 mAh g-1 după 1.000 de cicluri la o densitate de curent de 1 A g-1 și o retenție a capacității de 90%.

În timpul pregătirii, reticularea este promovată prin introducerea oxigenului din aer, ceea ce evită coalescența asfaltului cu punct de înmuiere scăzut în emulsie și nu necesită tratamente post-întreținere pentru a stabiliza morfologia sa sferică. Când este utilizat ca material pentru electrozi negativi în bateriile cu litiu-ion, capacitățile în grame ale PCB sunt de 373,6 mAhg-1 și 125,8 mAhg-1 la densități de curent de 0,05 Ag-1 și 5 Ag-1, respectiv. Capacitățile sunt de 316,1 mAhcm-3 și 106,4 mAhcm-3, respectiv.

Materialul pe bază de asfalt poate fi utilizat ca electrozi negativi pentru a îmbunătăți valoarea asfaltului, dar din cauza compoziției complexe a asfaltului, capacitatea materialului de asfalt în sine nu este ridicată; dacă este utilizat direct ca material negativ, este necesar să se efectueze un design al microstructurii, iar producția în masă este dificilă, iar costul este prea ridicat. Prin urmare, asfaltul este de obicei utilizat ca material modificat în procesul de producție pentru a realiza utilizarea cu valoare adăugată ridicată a asfaltului.

Acoperirea suprafeței este una dintre cele mai utilizate metode pentru a modifica materialele anodice în industrie în prezent. Această metodă formează un strat de carbon amorf pe suprafața materialelor prin carbonizare în fază solidă, lichidă sau gazoasă pentru a construi o „structură nucleu-coajă”. „Structura coajă” a suprafeței poate restrânge și amortiza eficient expansiunea volumetrică sau deteriorarea structurală a centrului activ al materialului anodic, în timp ce crește compatibilitatea cu electrolitul și menține stabilitatea materialului electrod.

Grafitul ca material anodic pentru bateriile cu litiu-ion are încă multe probleme, cum ar fi în procesul de încărcare și descărcare, încorporarea și desprinderea ionilor de litiu duc la exfolierea lamelară și distrugerea structurii grafitului, compatibilitatea grafitului cu electrolitul este slabă, iar coeficientul de difuzie chimică al ionilor de litiu în grafit este mic. Pentru a rezolva aceste probleme, grafitul trebuie să fie modificat. Ca sursă comună de carbon pentru grafitul modificat, asfaltul a fost pe larg studiat de cercetători.

Materialul anode pe bază de pitch are unele inovații în structura sa materială și metoda de preparare, iar capacitatea și performanța la rată au realizat progrese mari în comparație cu materialele anode pe bază de grafit, dar fenomenul de histerezis al tensiunii de încărcare-descărcare este grav, densitatea energetică este redusă și este dificil de produs în masă; Cu toate acestea, mecanismul de modificare a acoperirii cu asfalt este încă neclar, iar îmbunătățirea suplimentară a proprietăților materialului și menținerea consistenței proprietăților materialelor modificate rămâne, de asemenea, neclară. Există un spațiu mai mare pentru îmbunătățiri tehnice.

Deși asfaltul este utilizat pe scară largă în industrie, compoziția și structura asfaltului sunt complexe din cauza surselor complexe de materii prime pentru asfalt și a diferențelor în tehnologia de procesare. În timpul procesului de producție, din cauza timpului lung de filtrare a asfaltului brut, instabilitatea procesului de filtrare duce la creșterea costurilor și la o consistență scăzută a produselor finite. Prin urmare, dezvoltarea unui asfalt special pentru materialele anodice ale bateriilor cu litiu-ion și detectarea rapidă a asfaltului sunt, de asemenea, în centrul atenției materialelor anodice modificate cu asfalt.