La rápida expansión de la industria de las nuevas energías está impulsando un aumento repentino de la demanda de materiales anódicos de alto rendimiento. Como material clave, el volumen de producción y los requisitos de calidad del carbono duro están aumentando en consecuencia. Un equipo de procesamiento eficiente y preciso es fundamental para satisfacer estas demandas. Este artículo explora la fabricación de carbono duro y el papel crucial que desempeña. fresado por chorro tecnología.
Carbono duro Se refiere a un tipo de carbono pirolítico. Se obtiene de la pirólisis de polímeros, productos petroquímicos, biomasa, etc., y se clasifica como carbono no grafitizable. Esto se debe a que el precursor contiene numerosos heteroátomos, como H, O y N, que dificultan la formación de dominios cristalinos durante el tratamiento térmico. Esto dificulta la grafitización incluso a temperaturas superiores a 2500 °C.
Según la temperatura de carbonización por pirólisis, los materiales de carbono duro se dividen en dos tipos: carbono pirolítico de alta temperatura (entre 1000 y 1400 °C) y carbono pirolítico de baja temperatura (entre 500 y 1000 °C). Según la fuente de carbono, se clasifican en carbono de resina (p. ej., resina fenólica, resina epoxi, resina de alcohol polifurfurílico, etc.), carbono de polímero orgánico (p. ej., PVA, PVC, PVDF, PAN, etc.), negro de humo (p. ej., negro de acetileno producido por CVD), carbono de biomasa (p. ej., residuos y conchas vegetales), entre otros.
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El carbono duro facilita la intercalación del litio sin causar una expansión estructural significativa y presenta un buen rendimiento en los ciclos de carga y descarga. El carbono duro utilizado como material anódico en baterías de iones de litio se fabrica principalmente a partir de precursores. Estos precursores incluyen materiales a base de brea, biomasa y resina, entre otros.
Los precursores para la fabricación de carbono duro incluyen asfalto, biomasa, azúcar, resina fenólica, polímeros orgánicos, etc. Los materiales de carbono duro producidos a partir de diferentes sustancias muestran curvas de carga-descarga similares.
① Fabricación de carbono duro a partir de brea
Los precursores a base de brea son excelentes para la preparación de carbono duro debido a su alta tasa de residuos de carbono, amplia gama de fuentes de materia prima y bajo costo. Sin embargo, la fabricación de carbono duro a partir de brea requiere un pretratamiento, ya que esta tiende a grafitizarse y forma fácilmente estructuras similares al grafito durante la carbonización. El pretratamiento de la brea generalmente implica el uso de agentes de reticulación para reticular la brea, modificar su microestructura, inhibir el crecimiento de cristales de grafito durante la carbonización por pirólisis y llevar a cabo la carbonización en fase sólida para obtener materiales de carbono duro. Otro método de fabricación de brea es la preoxidación. Utiliza agentes oxidantes para preoxidar la brea, obteniendo brea preoxidada con un contenido específico de oxígeno. Debido a la presencia de heteroátomos de oxígeno, la brea tiene dificultades para formar una estructura ordenada durante la pirólisis y la carbonización. Esto da como resultado materiales de carbono duro con una microestructura relativamente desordenada.
2 Fabricación de carbono duro a partir de biomasa
La biomasa proviene de diversas fuentes, es ecológica, verde y contiene abundantes heteroátomos y microestructuras únicas, lo que la hace idónea como precursora para la fabricación de carbono duro. Algunos investigadores han utilizado cáscara de pomelo como fuente de carbono para preparar materiales de carbono duro. Sus estudios sugieren que el excelente rendimiento de intercalación de litio de las muestras preparadas está estrechamente relacionado con la singular estructura porosa del material. Esta estructura facilita el contacto completo del material con el electrolito y proporciona canales para el transporte de Li+ dentro del material, así como más sitios de intercalación de litio.
③ Fabricación de carbono duro a partir de polímeros orgánicos
En comparación con la biomasa, la estructura molecular de los polímeros orgánicos es relativamente simple y controlable. Se pueden diseñar estructuras moleculares relevantes según sea necesario, lo que los convierte en precursores excepcionales para la fabricación de carbono duro. Algunos investigadores han utilizado resina fenólica como precursor de carbono, obteniendo materiales de carbono duro a base de resina mediante pirólisis y carbonización, y los han utilizado como materiales anódicos para baterías de iones de litio y como materiales de electrodos para supercondensadores. La capacidad de una batería de iones de litio puede alcanzar los 526 mAh·g⁻¹, y la eficiencia coulombiana inicial puede alcanzar hasta 801 TP3T.
Lo anterior es una introducción a las características del carbono duro y sus métodos de fabricación. El carbono duro posee una rica estructura microporosa y una estructura estratificada con mayor espaciamiento entre capas que el grafito. Permite una rápida desintercalación de iones de litio y presenta un excelente rendimiento. Algunos materiales de carbono duro ofrecen mayor capacidad de almacenamiento de litio que los materiales de ánodo de grafito tradicionales. Por consiguiente, el carbono duro también se considera un material prometedor para ánodos. Se cree que, con los avances tecnológicos y la investigación exhaustiva, la aplicación de materiales de carbono duro en ánodos de baterías de litio adquirirá un prestigio único.
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