การใช้แอสฟัลต์ในวัสดุแอโนด

2025-03-26

กราไฟต์ซึ่งใช้เป็นวัสดุแอโนดเชิงพาณิชย์นั้นไม่สามารถตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับวัสดุแอโนดที่มีความจุสูงได้ เนื่องจากความจุทางทฤษฎีที่จำกัด หากใช้พิตช์เป็นสารตั้งต้นคาร์บอนสำหรับแอโนดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน จะไม่เพียงแต่ทำให้เกิดการใช้พิตช์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูงขึ้น แต่ยังให้วิธีการและการสำรวจใหม่ ๆ ในการปรับปรุงประสิทธิภาพทางอิเล็กโตรเคมีของวัสดุแอโนด

Li P และคณะได้ใช้อนุภาคแมกนีเซียมออกไซด์นาโนเป็นแม่แบบและพิตช์ปิโตรเลียมเป็นแหล่งคาร์บอน หลังจากการกระจายด้วยอัลตราโซนิกในเฟสของเหลว พวกเขาได้รับการบำบัดที่อุณหภูมิสูง 800 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 1 ชั่วโมงภายใต้การป้องกันของไนโตรเจน และแม่แบบถูกลบออกโดยการดองเพื่อเตรียมโครงสร้างที่บางพิเศษและมีลักษณะเป็นโพรงที่ไม่เหมือนใคร เปลือกคาร์บอนที่มีรูพรุน (PACS) เนื่องจากแผ่นบางพิเศษและโครงสร้างที่มีรูพรุนแบบลำดับชั้น PACS จึงให้จุดที่ใช้งานมากขึ้นสำหรับการขนส่งไอออน โดยมีความจุ 334 mAh g-1 หลังจาก 1,000 รอบที่ความหนาแน่นกระแส 1 A g-1 ความจุที่สามารถกลับคืนได้และการเก็บรักษาความจุ 90%

ในระหว่างการเตรียมการ การเชื่อมโยงข้ามจะถูกส่งเสริมโดยการแนะนำออกซิเจนในอากาศ ซึ่งหลีกเลี่ยงการรวมตัวของแอสฟัลต์ที่มีจุดอ่อนนุ่มต่ำในอิมัลชันและไม่ต้องการการบำบัดหลังเพื่อรักษารูปร่างทรงกลม เมื่อใช้เป็นวัสดุอิเล็กโทรดลบสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ความจุกรัมของ PCB คือ 373.6 mAhg-1 และ 125.8 mAhg-1 ที่ความหนาแน่นกระแส 0.05 Ag-1 และ 5 Ag-1 ตามลำดับ ความจุคือ 316.1 mAhcm-3 และ 106.4 mAhcm-3 ตามลำดับ

วัสดุคาร์บอนที่ใช้แอสฟัลต์สามารถใช้เป็นอิเล็กโทรดลบเพื่อเพิ่มมูลค่าแอสฟัลต์ แต่เนื่องจากองค์ประกอบที่ซับซ้อนของแอสฟัลต์ ความจุของวัสดุแอสฟัลต์เองจึงไม่สูง หากใช้โดยตรงเป็นวัสดุลบ จะต้องมีการออกแบบไมโครสตรัคเจอร์ และการผลิตในปริมาณมากเป็นเรื่องยาก และต้นทุนสูงเกินไป ดังนั้นแอสฟัลต์จึงมักถูกใช้เป็นวัสดุที่ปรับปรุงในกระบวนการผลิตเพื่อให้เกิดการใช้แอสฟัลต์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง

การเคลือบผิวเป็นหนึ่งในวิธีที่ใช้กันทั่วไปที่สุดในการปรับปรุงวัสดุแอโนดในอุตสาหกรรมในปัจจุบัน วิธีนี้สร้างชั้นของคาร์บอนที่ไม่มีรูปแบบบนพื้นผิวของวัสดุโดยการคาร์บอไนเซชันในเฟสของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซเพื่อสร้าง "โครงสร้างแกน-เปลือก" "โครงสร้างเปลือก" ของพื้นผิวสามารถยับยั้งและบัฟเฟอร์การขยายตัวของปริมาตรหรือความเสียหายของโครงสร้างของศูนย์กลางที่ใช้งานของวัสดุอิเล็กโทรดลบได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่เพิ่มความเข้ากันได้กับอิเล็กโทรไลต์และรักษาความเสถียรของวัสดุอิเล็กโทรด

กราไฟต์ในฐานะวัสดุแอโนดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังมีปัญหามากมาย เช่น ในกระบวนการชาร์จและคายประจุ การฝังและการลอกของลิเธียมไอออนทำให้เกิดการลอกเลเยอร์และการทำลายโครงสร้างของกราไฟต์ ความเข้ากันได้ระหว่างกราไฟต์และอิเล็กโทรไลต์ไม่ดี และค่าความแพร่กระจายทางเคมีของลิเธียมไอออนในกราไฟต์มีค่าน้อย เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ กราไฟต์จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุง ในฐานะแหล่งคาร์บอนทั่วไปของกราไฟต์ที่ปรับปรุงแล้ว แอสฟัลต์ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางจากนักวิจัย

วัสดุแอโนดที่ใช้พีชมีนวัตกรรมบางอย่างในโครงสร้างวัสดุและวิธีการเตรียม และความจุและประสิทธิภาพอัตราได้มีการพัฒนาครั้งใหญ่เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุแอโนดที่ใช้กราไฟต์ แต่ปรากฏการณ์การหน่วงเวลาแรงดันไฟฟ้าชาร์จ-ปล่อยนั้นรุนแรง ความหนาแน่นพลังงานลดลง และการผลิตในปริมาณมากเป็นเรื่องยาก อย่างไรก็ตาม กลไกการปรับปรุงของการเคลือบยางมะตอยยังไม่ชัดเจน และการปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุและการรักษาความสอดคล้องของคุณสมบัติของวัสดุที่ปรับปรุงยังไม่ชัดเจน มีพื้นที่สำหรับการปรับปรุงทางเทคนิคที่ใหญ่กว่า

แม้ว่าแอสฟัลต์จะถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม แต่ส่วนประกอบและโครงสร้างของแอสฟัลต์นั้นซับซ้อนเนื่องจากแหล่งวัตถุดิบแอสฟัลต์ที่ซับซ้อนและความแตกต่างในเทคโนโลยีการผลิต ในระหว่างกระบวนการผลิต เนื่องจากระยะเวลาในการคัดกรองแอสฟัลต์ดิบที่ยาวนาน ความไม่เสถียรของกระบวนการคัดกรองทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นและความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปต่ำ ดังนั้น การพัฒนาแอสฟัลต์พิเศษสำหรับวัสดุขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและการตรวจสอบแอสฟัลต์อย่างรวดเร็วจึงเป็นจุดสนใจของวัสดุขั้วบวกที่ปรับปรุงแอสฟัลต์ในอนาคต