Anot Malzemelerinde Katran Uygulaması

2025-03-26

Ticari bir anot malzemesi olarak kullanılan grafit, sınırlı teorik kapasitesi nedeniyle yüksek kapasiteli anot malzemelerine olan artan talebi karşılamakta giderek zorlanmaktadır. Katran, lityum iyon batarya anotunun karbon öncüsü olarak kullanıldığında, sadece katranın yüksek değer ekleme kullanımını gerçekleştirmekle kalmaz, aynı zamanda anot malzemelerinin elektrokimyasal performansını artırmak için bazı yeni yöntemler ve araştırmalar sağlar.

Li P ve arkadaşları, nano-magnesium oksit parçacıklarını şablon ve petrol katranını karbon kaynağı olarak kullandılar. Sıvı fazda ultrasonik dispersiyon sonrası, azot koruması altında 800 °C yüksek sıcaklıkta 1 saat işleme tabi tutuldu ve şablon, turşulama ile çıkarılarak benzersiz boşluk yapısına sahip ultra ince boş yapılar hazırlandı: Gözenekli Karbon Kabuk (PACS). Ultratin lamellalar ve hiyerarşik gözenekli yapı nedeniyle, PACS iyon taşıması için daha fazla aktif alan sağlar, 1 A g-1 akım yoğunluğunda 1 000 döngüden sonra 334 mAh g-1 geri dönüşümlü kapasite ve %90 kapasite tutulumu sunar.

Hazırlama sırasında, hava içindeki oksijenin tanıtımı ile çapraz bağlanma teşvik edilir ki bu, emülsiyondaki düşük yumuşama noktasına sahip katranın birleşmesini önler ve küresel morfolojisini stabilize etmek için son işlem gerektirmez. Lityum iyon bataryalar için negatif elektrot malzemesi olarak kullanıldığında, PCB'nin gram kapasiteleri sırasıyla 0.05 Ag-1 ve 5 Ag-1 akım yoğunluklarında 373.6 mAhg-1 ve 125.8 mAhg-1'dir. Kapasite değerleri sırasıyla 316.1 mAhcm-3 ve 106.4 mAhcm-3'tür.

Katran temelinde yapılan karbon malzemesi, katranın değerini artırmak için negatif elektrot olarak kullanılabilir; ancak katranın karmaşık bileşimi nedeniyle, katran malzemesinin kendisinin kapasitesi yüksek değildir. Eğer doğrudan negatif malzeme olarak kullanılacaksa, mikro yapı tasarımı yapılması gerekir ve seri üretim yapmak zordur ve maliyeti çok yüksektir. Bu nedenle katran genellikle üretim sürecinde modifiye bir malzeme olarak kullanılır ve katranın yüksek değer ekleme kullanımı sağlanır.

Yüzey kaplama, şu anda endüstride anot malzemelerini modifiye etmek için en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir. Bu yöntem, “core-shell yapısı” oluşturmak için maddelerin yüzeyinde katı faz, sıvı faz veya gaz fazı karbondan amorf karbon tabakası oluşturur. Yüzeyin “kabuğu”, negatif elektrot malzemenin aktif merkezi için hacim genişlemesi veya yapısal hasarı etkili bir şekilde engelleyip yastıklarken, elektrolit ile uyumluluğu artırır ve elektrot malzemesinin stabilitesini korur

Lityum iyon bataryasının anot malzemesi olarak grafit, şarj ve deşarj sürecinde lityum iyonlarının yerleşimi ve ayrılması nedeniyle grafit tabakalarının soyulması ve yapısal tahribatı gibi birçok sorunla karşı karşıyadır. Grafit ve elektrolit uyumluluğu zayıftır, grafitteki lityum iyonlarının kimyasal difüzyon katsayısı küçüktür. Bu sorunları çözmek için grafitin modifiye edilmesi gerekmektedir. Modifiye grafit için yaygın bir karbon kaynağı olarak asfalt, araştırmacıların geniş bir ilgisini çekmiştir.

Pitch bazlı anot malzemesi, malzeme yapısı ve hazırlama yönteminde bazı yenilikler göstermekte olup, kapasiteleri ve oran performansları, grafit bazlı anot malzemeleri ile kıyaslandığında büyük atılımlar yapmıştır. Ancak, şarj-deşarj voltajı histerezis olayı ciddidir, enerji yoğunluğu azalmakta ve seri üretimi zordur; Bununla birlikte, asfalt kaplamasının modifikasyon mekanizması hala net değildir ve malzeme özelliklerini daha da geliştirmek ve modifiye malzemelerin özelliklerinin tutarlılığını korumak hala belirsizdir. Teknik iyileştirme için daha büyük bir alan vardır.

Asfalt endüstride yaygın olarak kullanılsa da, asfaltın bileşimi ve yapısı, asfalt ham maddelerinin karmaşık kaynakları ve işleme teknolojisindeki farklılıklar nedeniyle karmaşıktır. Üretim sürecinde, ham asfaltın uzun süre elenmesi, eleme sürecinin kararsızlığı nedeniyle maliyetlerin artmasına ve bitmiş ürünlerin düşük tutarlılığına yol açar. Bu nedenle, lityum iyon bataryası anot malzemeleri için özel asfalt geliştirilmesi ve asfaltın hızlı bir şekilde tespit edilmesi, sonraki asfalt modifiye anot malzemelerinin de odağıdır.