يُعدّ قطب الجرافيت السالب مادة شائعة الاستخدام في الكيمياء الكهربائية، ويُشكّل البحث في بطاريات الليثيوم أيون محورًا رئيسيًا في هذا المجال. يتميز قطب الجرافيت السالب بانخفاض جهد الشحن والتفريغ، كما أنه آمن ورخيص الثمن، مما يجعله القطب السالب الرئيسي في بطاريات الليثيوم أيون التجارية. مع ذلك، فإنّ ضعف توافقه مع المذيبات وأدائه عند التيارات العالية يحدّان من استخدامه. إذ يُمكن أن يؤدي اندماج جزيئات المذيب أثناء الشحن والتفريغ الأوليين إلى تقشر طبقات الجرافيت، مما يُقلّل بشكل كبير من عمر القطب ويُشكّل عائقًا رئيسيًا أمام استخدامه الصناعي. يتمثل الحل الأمثل لهذه المشكلة في تعديل سطحه، حيث يُمكن لهذا التعديل تحسين سعة القطب وكفاءته وأدائه خلال دورات الشحن والتفريغ.
في الوقت الحاضر، يشمل تعديل سطح القطب السالب الجرافيتي بشكل أساسي ما يلي: الطحن الميكانيكي بالكرات، وأكسدة السطح والهالوجنة، وطلاء السطح وتطعيم العناصر.
الطحن الميكانيكي بالكرات
تُعدّ عملية الطحن الميكانيكي بالكرات طريقةً تُغيّر فيزيائيًا بنية وشكل سطح القطب السالب المصنوع من الجرافيت، وذلك من خلال زيادة مساحة السطح ومساحة التلامس لتحسين كفاءة تخزين وإطلاق أيونات الليثيوم.
تقليل حجم الجسيمات:
يمكن للطحن الميكانيكي بالكرات أن يقلل بشكل كبير من حجم جزيئات الجرافيت. ويُسهم صغر حجم الجزيئات في سرعة انتشار أيونات الليثيوم، مما يُحسّن أداء البطارية.
المعدات ذات الصلة
تقديم مرحلة جديدة
أثناء عملية الطحن الكروي، قد تخضع جزيئات الجرافيت لتغيرات طورية نتيجة للقوى الميكانيكية. ويمكن لهذه الأطوار الجديدة أن توفر مواقع تخزين إضافية لليثيوم، مما يحسن من قدرة الجرافيت على تخزين الليثيوم.
زيادة المسامية
يمكن أن يؤدي الطحن الكروي إلى توليد عدد كبير من المسام الدقيقة والعيوب على سطح جزيئات الجرافيت. ويمكن أن تعمل هذه البنى المسامية كقنوات سريعة لأيونات الليثيوم، مما يحسن معدل انتشار أيونات الليثيوم وكفاءة شحن وتفريغ البطارية.
الأكسدة السطحية والهالوجنة
يمكن أن يؤدي الأكسدة والهالوجنة إلى تحسين الخصائص الكيميائية لمواد الأنود الجرافيتي عند السطح البيني.
أكسدة السطح
تشمل عملية الأكسدة السطحية عادةً الأكسدة في الطور الغازي والأكسدة في الطور السائل.
تعني الأكسدة في الطور الغازي تفاعل الجرافيت مع المؤكسدات، مثل الهواء وثاني أكسيد الكربون، عند السطح الفاصل بين الغاز والمادة الصلبة. يقلل هذا التفاعل من النقاط النشطة على سطح الجرافيت، وبالتالي يقلل من فقدان السعة غير القابلة للانعكاس الأولية. في الوقت نفسه، تتولد مسامات دقيقة ونانوية إضافية، مما يزيد من مساحة تخزين أيونات الليثيوم، وهو ما يُحسّن السعة القابلة للانعكاس، وبالتالي يُحسّن أداء القطب السالب المصنوع من الجرافيت.
يشير الأكسدة في الطور السائل إلى تفاعل الجرافيت مع محاليل المؤكسدات الكيميائية القوية، مثل HNO3 و H2SO4 و H2O2، ويمكن لهذا التفاعل أن يحسن الخاصية الكهروكيميائية للقطب السالب للجرافيت.
الهلجنة السطحية
من خلال معالجة الهلجنة، تتشكل بنية من ألياف الكربون على سطح الجرافيت الطبيعي، مما يعزز استقرار بنيته ويمنع تساقط رقائقه أثناء دورات الشحن والتفريغ. كما تُسهم هذه المعالجة في تقليل المقاومة الداخلية، وزيادة السعة، وتحسين أداء الشحن والتفريغ.
الطلاء السطحي
طلاء من مادة الكربون
من خلال طلاء الكربون غير المتبلور على الطبقة الخارجية من الجرافيت، يمكن صنع مادة مركبة من الكربون والكربون ذات بنية "اللب والقشرة"، وهذا يمكن أن يتجنب الاتصال المباشر بين المذيب والجرافيت، ويمنع طبقة الجرافيت من التقشر الناتج عن التضمين المشترك لجزيئات المذيب.
طلاء المعدن وأكسيده
يتم تحقيق طلاء المعدن وأكسيده بشكل أساسي عن طريق ترسيب طبقة من المعدن أو أكسيد المعدن على سطح الجرافيت.
معدات تعديل المساحيق
تطعيم العناصر
يشير تطعيم العناصر إلى الإضافة المستهدفة أو تحميل معادن أو لا فلزات معينة في مواد الجرافيت، ويمكن لهذه الطريقة تحسين قدرة إدخال/استخراج الليثيوم عن طريق تغيير البنية المجهرية للمادة، ومن ثم تحسين سعة تخزين الليثيوم واستقرار دورة الجرافيت.
تُحسّن تقنية تعديل الأسطح كفاءة تخزين وإطلاق أيونات الليثيوم وأداء دورة الأقطاب السالبة المصنوعة من الجرافيت، مما يُعزز سعة التخزين. شركة تشينغداو إبيك لمعدات المساحيق المحدودة هي شركة متخصصة في تصنيع معدات المساحيق. تشمل منتجاتها: مطاحن النفث، مطاحن الكرات، المصنفات الهوائية، والمعدلات. كما تشمل معدات طلاء الأسطح من تشينغداو إبيك: معدل مطحنة الدبوس، معدل مطحنة التوربو، معدل ثلاثي الأسطوانات، ومعدل مطحنة متعدد الدوارات.
إذا كانت لديكم أي احتياجات أو استفسارات ذات صلة، يرجى الاتصال بنا. ملحمة تشينغداو مباشرة.