Ứng dụng của nhựa đường trong vật liệu điện cực dương

2025-03-26

Đồ thị, được sử dụng làm vật liệu điện cực dương thương mại, ngày càng không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về vật liệu điện cực dương có dung lượng cao do khả năng lý thuyết hạn chế của nó. Nếu nhựa đường được sử dụng làm tiền chất carbon cho điện cực dương pin lithium-ion, nó không chỉ có thể hiện thực hóa việc sử dụng giá trị gia tăng cao của nhựa đường, mà còn cung cấp một số phương pháp và khám phá mới để cải thiện hiệu suất điện hóa của vật liệu điện cực dương.

Li P và các cộng sự đã sử dụng các hạt nano-magie oxit làm mẫu và nhựa đường dầu mỏ làm nguồn carbon. Sau khi phân tán siêu âm trong pha lỏng, chúng đã được xử lý ở nhiệt độ cao 800 C trong 1 giờ dưới sự bảo vệ của khí nitơ, và mẫu đã được loại bỏ bằng cách dưa để chuẩn bị các cấu trúc rỗng siêu mỏng với cấu trúc rỗng độc đáo. Vỏ carbon xốp (PACS). Do các phiến siêu mỏng và cấu trúc xốp phân cấp, PACS cung cấp nhiều vị trí hoạt động hơn cho việc vận chuyển ion, với 334 mAh g-1 sau 1 000 chu kỳ ở mật độ dòng 1 A g-1. khả năng hồi phục và duy trì 90% dung lượng.

Trong quá trình chuẩn bị, sự liên kết chéo được thúc đẩy bởi sự xuất hiện của oxy trong không khí, điều này tránh được sự hợp nhất của nhựa đường có điểm nóng chảy thấp trong nhũ tương và không cần xử lý sau để ổn định hình thái cầu của nó. Khi được sử dụng làm vật liệu điện cực âm cho pin lithium-ion, dung lượng gram của PCB là 373.6 mAhg-1 và 125.8 mAhg-1 ở các mật độ dòng 0.05 Ag-1 và 5 Ag-1, tương ứng. Các dung lượng lần lượt là 316.1 mAhcm-3 và 106.4 mAhcm-3.

Vật liệu carbon dựa trên nhựa đường có thể được sử dụng làm điện cực âm để cải thiện giá trị của nhựa đường, nhưng do thành phần phức tạp của nhựa đường, dung lượng của vật liệu nhựa đường tự nó không cao, nếu sử dụng trực tiếp làm vật liệu âm, cần phải thực hiện thiết kế vi cấu trúc, và rất khó để sản xuất hàng loạt, và chi phí thì quá cao. Do đó, nhựa đường thường được sử dụng như một vật liệu sửa đổi trong quá trình sản xuất để đạt được việc sử dụng giá trị gia tăng cao của nhựa đường.

Phủ bề mặt là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để sửa đổi vật liệu điện cực dương trong ngành công nghiệp hiện nay. Phương pháp này tạo thành một lớp carbon vô định hình trên bề mặt của vật liệu bằng cách carbon hóa pha rắn, pha lỏng hoặc pha khí để xây dựng một "cấu trúc lõi-vỏ". Cấu trúc "vỏ" của bề mặt có thể hiệu quả kiềm chế và giảm chấn sự giãn nở thể tích hoặc hư hại cấu trúc của trung tâm hoạt động của vật liệu điện cực âm, trong khi tăng cường tính tương thích với chất điện phân và duy trì sự ổn định của vật liệu điện cực.

Graphit làm vật liệu anode của pin lithium ion vẫn còn nhiều vấn đề, chẳng hạn như trong quá trình sạc và xả, sự nhúng và tước lithium ion dẫn đến việc bóc tách lớp và phá hủy cấu trúc của graphit, tính tương thích giữa graphit và điện giải kém, hệ số khuếch tán hóa học của lithium ion trong graphit là nhỏ. Để giải quyết những vấn đề này, graphit cần được cải tiến. Là một nguồn carbon thường thấy của graphit đã được sửa đổi, bitum đã được các nhà nghiên cứu quan tâm rộng rãi.

Vật liệu anot dựa trên than có một số đổi mới trong cấu trúc vật liệu và phương pháp chuẩn bị, và khả năng và hiệu suất tỷ lệ đã có những đột phá lớn so với vật liệu anot dựa trên than chì, nhưng hiện tượng trễ điện áp sạc-xả là nghiêm trọng, mật độ năng lượng giảm, và khó sản xuất hàng loạt; Tuy nhiên, cơ chế تعديل lớp phủ nhựa đường vẫn chưa rõ ràng, và việc cải thiện các tính chất vật liệu cũng như duy trì sự đồng nhất của các tính chất của các vật liệu đã được sửa đổi vẫn chưa rõ ràng. Còn nhiều không gian để cải thiện công nghệ.

Dù nhựa đường được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, nhưng thành phần và cấu trúc của nhựa đường rất phức tạp do nguồn nguyên liệu nhựa đường đa dạng và sự khác biệt trong công nghệ chế biến. Trong quá trình sản xuất, do thời gian sàng lọc nhựa đường thô lâu dài, sự không ổn định của quá trình sàng lọc dẫn đến tăng chi phí và độ đồng nhất thấp của sản phẩm cuối cùng. Do đó, việc phát triển nhựa đường đặc biệt cho vật liệu anot pin lithium-ion và phát hiện nhanh nhựa đường cũng là trọng tâm của các vật liệu anot nhựa đường đã được sửa đổi tiếp theo.