Matumizi ya Coke ya Mafuta kama Nyenzo ya Anod

2025-03-26

Betri ya lithiamu-ioni ni kifaa cha kuhifadhi nishati kinachoweza kurejelewa, kinachojulikana pia kama betri ya lithiamu-ioni ya pili, ambayo inajumuisha elektrodu chanya, elektrodu hasi, diaphragm na mfumo wa kioevu cha elektroliti. Aina hii ya betri inajulikana kwa wingi wa nishati wa juu ikilinganishwa na betri nyingine za msingi, hakuna athari ya kumbukumbu na kuchaji kidogo. Nyongeza ya nyenzo za anod za betri za lithiamu-ioni inagawanywa hasa katika grafiti ya bandia na grafiti ya asili. Malighafi ya grafiti ya bandia ni hasa coke ya mafuta na makaa ya mawe.

Coke ya mafuta ya hali ya juu, inayowakilishwa na coke ya mafuta ya acicular, ina faida kadhaa kama vile coefficient ya kupanuka kwa joto la chini, hewa ya chini, sulphur ya chini, majivu ya chini, maudhui ya metali ya chini, conductivity ya juu na urahisi wa grafitization, hivyo inachukuliwa kama nyenzo bora za anod kwa betri za lithiamu-ioni.

Coke ya mafuta ya hali ya juu inatumiwa kama nyenzo ya anod kwa betri za lithiamu-ioni, ambayo kwa kawaida inahitajiusafishaji, kukandamiza, kuchuja saizi ya chembe, grafitization, uboreshaji wa uso na michakato mingine. Mchakato mzima ni mrefu kidogo, na athari ya mwisho ina mambo mengi yanayoathiri. Baadhi ya wasiwasi wakuu ni:
(1) Mekanism ya ujenzi wa kaboni inayobadilika kwa joto;
(2) Ushiriko kati ya mali za nyenzo za anod na muundo wa nyenzo za kaboni;
(3) Je, kuna nyenzo za kaboni zinazofaa kukidhi mahitaji ya nyenzo za anod za betri za lithiamu-ioni?

1. Athari ya joto la matibabu baada ya coke ya mafuta ya hali ya juu kwenye utendaji wake

Matibabu baada ya joto ya coke ya mafuta ya hali ya juu inagawanywa katika awamu mbili: kalcinishaji na grafitization ya joto la juu. Kalcinishaji inamaanisha mchakato wa kalcinishaji chini ya 1500, na grafitization ya joto la juu inamaanisha mchakato wa matibabu ya joto la juu karibu na 3000.
Petroleum coke ya ubora wa juu inayozalishwa na mchakato wa kukawia inachoma katika tanuru ya kuzunguka, ambayo inapunguza kwa kiasi kikubwa unyevu na mambo volatili, na ni rahisi zaidi kwa usafirishaji na uhifadhi. Wakati wa mchakato wa uandishi wa grafiti, joto la uandishi wa grafiti ni kigezo muhimu kinachohusiana na kiwango cha uandishi wa grafiti wa petroleum coke ya ubora wa juu.

Katika anuwai ya 700 ~ 1000, joto linapoongezeka, nafasi ya safu ya grafiti ya sampuli iliyowaka kaboni inakuwa ndogo, kuongezeka kwa utaratibu wa muundo wa sampuli, kipindi hiki cha coke kinaweza kuitwa kaboni laini. Kiwango cha awali cha uwezo wa sampuli iliyotendewa kwa joto hili kiko juu ya uwezo wa nadharia wa grafiti wa 340 mAh/g. Hata hivyo, ni vigumu kupata uwezo thabiti wa juu na chini kwa vifaa vya anodi vya betri za ioni za lithiamu vilivyotengenezwa na coke ya petrol ya umbo la sindano.

Baada ya mchakato wa grafiti wa makaa ya mawe ya mafuta ya acicular na makaa ya mkaa kwenye 2800, iligundulika kwamba makaa ya mawe ya mafuta ya acicular yaliyokuwa na grafiti baada ya kuchaji na kuchomoa mara 40, uwezo wake wa lithiamu unaweza kuwa thabiti kwenye 301mAh/g, wakati makaa ya mkaa yana grafiti yana uwezo wa 240mAh/g tu. Hii ni kwa sababu malighafi ya makaa ya mafuta ya acicular imekusanywa, na eneo pana la mesophase linaweza kuundwa katika mchakato wa kukamua. Mwishowe, makaa ya mafuta ya acicular ni rahisi zaidi kuwa grafiti na kiwango cha grafiti ni cha juu zaidi.

2. Muundo wa ndani na mekanismu ya uhifadhi wa litiamu ya coke ya petroli ya ubora wa juu

(1) Iliyowakilishwa na kaboni laini, kuna mekanismu mbalimbali za uhifadhi wa litiamu, kama vile uhifadhi wa litiamu kati ya shtaka za mikroni ya grafiti, uhifadhi wa litiamu kupitia nanopori au kasoro kwenye kaboni laini, na filamu ya elektroliti thabiti (SEI) inayozalishwa na majibu ya kasoro za uso au vikundi vya kazi vilivyobaki vya vifaa vya kaboni na Li+, na kadhalika.

(2) Aina ya pili, iliyowakilishwa na grafiti ya bandia, ni hasa uhifadhi wa litiamu kati ya grafiti, kwa hivyo uwezo wa kwanza utakuwa mdogo zaidi kuliko kaboni laini.

Kwa kumalizia, athari ya mwisho ya joto la grafitization ni muundo wa ndani wa coke ya petroli ya ubora wa juu na vifaa vingine vya kaboni. Ikiwa muundo wa ndani wa nyenzo ni wa mpangilio zaidi na rahisi kuingia kwenye grafiti, uwezo wa mwisho wa anodi ni wa juu na ufanisi wa mzunguko ni bora. Hata hivyo, ingawa vifaa vya kaboni vilivyoghibitiwa sana vina uwezo mkubwa na jukwaa thabiti la malipo-kuachia, utendaji wao wa mzunguko na utendaji wa joto la chini ni duni. Hii ni kwa sababu wakati Li+ iningizwa kwenye safu ya grafiti, inaunda kisasi cha grafiti kati na grafiti ya lamellar, na safu ya grafiti inapanuka. Wakati Li+ inatolewa, grafiti inarudi kwenye hali yake ya asili. Katika mchakato wa upanuzi na kupungua kwa kurudiwa, muundo wa safu ya grafiti unakuwa rahisi kuharibiwa, na inaweza kusababisha kujiingiza kwa kioevu, ambayo inafanya utendaji wa mzunguko wa anodi kuwa duni. Kwa hivyo, kiwango cha grafitization kinapaswa kudhibitiwa katika mchakato wa grafitization wa vifaa vya kaboni kama coke ya petroli ya ubora wa juu, na baadhi ya miundo isiyo na umbo kati ya mikroni inahitajika ili kudumisha nguvu fulani ya muundo.

3. Kaboni laini kama vifaa vya anodi vya betri ya ioni za litiamu

Tofauti na betri za kawaida za ioni za litiamu, betri za nguvu za ioni za litiamu zinahitaji utendaji wa kiwango cha juu kuboresha muda wa malipo, utendaji mzuri wa joto la chini ili kukidhi mazingira tofauti ya kazi, uwezo mkubwa ili kupunguza saizi ya betri, na utulivu bora ili kuzuia matatizo ya usalama.
Kaboni laini kama vifaa vya anodi kwa mara ya kwanza ina ufanisi wa chini na haina jukwaa thabiti la voltage. Alcantara et al. wanatoa maelezo mawili kuhusu ufanisi wa chini wa mzunguko wa kwanza:
(1) Kutokana na jibu la Li+ na hydrocarbon ya aliphatic ya joto la chini inayosababisha mchakato usioweza kubadilika;
(2) Li+ inashikamana bila kubadilika na vipande vya grafiti kwenye ukingo ulio wazi wa coke. Mbali na ufanisi wa chini wa mzunguko wa kwanza, kutokana na pengo kati ya safu, voltage ya malipo na kuachia itakuwa na kuchelewa na anodi itakuwa isiyokuwa na utulivu. Hata hivyo, faida ya vifaa vya anodi vya kaboni laini ni kwamba voltage ya kazi ni juu, ambayo inaweza kuzuia matumizi salama ya dhihirisho la metali za litiamu zinazotokana na mzunguko mfupi na matatizo mengine. Pili, gharama ni thấp, na haitaji grafitization ya joto la juu.

4. Hitimisho na mtazamo

Coke ya petroli inayofaa kwa vifaa vya anodi vya betri ya ioni za litiamu S, O na maudhui mengine ya atomi za hetero ni ya chini, rahisi kuingia kwenye grafiti, na inapaswa kuwa na usambazaji wa ukubwa wa chembe sahihi na eneo dogo la uso, nk. Coke ya petroli ya ubora wa juu iliyochomwa na vifaa vingine vya kaboni laini ina utendaji bora katika joto la chini na utendaji wa kiwango, jambo ambalo linawafanya kuwa na umuhimu zaidi katika uwanja wa vifaa vya anodi vya betri ya ioni za litiamu, lakini matatizo ya ufanisi wa mzunguko na utulivu bado yanapaswa kutatuliwa.
Kalkinasi na grafitizishaji vinaweza kubadilisha muundo wa ndani wa mafuta ya petrol ya ubora wa juu, na kisha kubadilisha utendaji wake wa elektrochemikali kama nyenzo ya anodi. Hata hivyo, nyenzo iliyo grafitizishwa bado inahitaji kuboreshwa kwa kutumia mbinu za uhandisi wa vifaa ili kuonyesha uwezo mzuri wa mzunguko, upanuzi na mali za juu za ujazo.
Kuna mwelekeo tatu wa maendeleo ya vifaa vya anodi ya petroleum coke katika siku zijazo:
(1) Kuwa na uelewa mzuri wa muundo wa coke na sababu zinazoiathiri, ili kufikia lengo la maandalizi ya kawaida, inayolengwa kwa uwezo mkubwa, utendaji wa kiwango cha juu wa betri za lithiamu ion;
(2) Maendeleo na matumizi ya kibiashara ya vifaa vipya vya anodi vya composite coke;
(3) Maendeleo ya vifaa vipya vya anodi vya petroleum coke, ikiwa ni pamoja na maandalizi ya kundi ya vifaa vya anodi vya kaboni vya msingi wa petroleum coke, na vifaa vipya vya anodi na katodi vinavyolingana na mifumo mipya ya betri.