У апошнія гады хуткае развіццё транспартных сродкаў на новых крыніцах энергіі павысіла патрабаванні да прадукцыйнасці акумулятараў. Традыцыйныя графітавыя анодныя матэрыялы маюць нізкую ўдзельную ёмістасць і ім цяжка задаволіць гэты попыт. Крэмній мае надзвычай высокую тэарэтычную ўдзельную ёмістасць, што можа эфектыўна палепшыць прадукцыйнасць акумулятара. Ён мае вялікі патэнцыял для развіцця ў якасці аноднага матэрыялу. Крыніца крэмнію, марфалогія часціц і метады апрацоўкі істотна ўплываюць на прадукцыйнасць адмоўныя электроды на аснове крэмнію.
Давайце разгледзім крэмніевыя крыніцы адмоўных электродаў на аснове крэмнію.
Дыятаміт, цэаліт, пясок і іншыя мінеральныя крыніцы крэмнію
Мінеральныя Крэмній з'яўляецца найбольш распаўсюджанай і распаўсюджанай крыніцай крэмнію сёння. Ён у асноўным існуе ў выглядзе аксідаў крэмнію і сілікатаў, такіх як пясок, цэаліт, палявы шпат і гліна. Крэмніевыя мінералы маюць высокае ўтрыманне крэмнію і такія ўласцівасці, як высокая цвёрдасць, тэрмаўстойлівасць і хімічны стабільнасць. Некаторыя крэмніевыя мінералы ўтрымліваюць у сваёй мікраструктуры мноства дробных пор, што надае ім вялікую ўдзельную паверхню. Гэта робіць іх прыдатнымі для падрыхтоўкі анодных матэрыялаў на аснове порыстых крэмнію.
Дыятаміт
Дыятаміт — гэта асадак, які ўтварыўся ў выніку назапашвання дробных рэшткаў дыатамавых водарасцей са старажытных мораў. Ён шырока распаўсюджаны на Зямлі як крэменяністая парода з высокай ёмістасцю для захоўвання. Асноўным хімічным кампанентам дыятомітавай зямлі з'яўляецца SiO2, з максімальным утрыманнем да 94%. Акрамя таго, яна змяшчае слядовыя колькасці металічных прымешак і арганічных рэчываў. SiO2, атрыманы з дыятомітавай зямлі, мае добрую сітаватую структуру. У параўнанні з біямаснымі крыніцамі крэмнію, ён утрымлівае менш вугляроду, але ўтрыманне крэмнію ў ім вышэйшае. Структура крэмнію мае ўнікальную, высокаўпарадкаваную трохмерную сеткаватую структуру. Дзякуючы простай экстракцыі і змешванню, сітаватыя нанакрэмніевыя матэрыялы можна выкарыстоўваць для падрыхтоўкі крэмніевых анодаў.
Клінаптілаліт
Клінаптілаліт у асноўным складаецца з сілікатаў з высокім утрыманнем крэмнію (57%–70%) і складанай клеткападобнай канальнай структурай. Такая структура карысная для падрыхтоўкі аднастайна порыстых анодных матэрыялаў на аснове крэмнію. Даследчыкі выкарыстоўваюць механічнае драбненне, каб адкрыць унутраныя каналы перадачы клінаптілаліту. Затым яны прыкладваюць цяпло, каб стымуляваць рэакцыю тэрмічнага аднаўлення магнію, здабываючы элементарны крэмній. Акрамя таго, метад асаджэння з паравой фазы выкарыстоўваецца для расколу талуолу на паверхні нанакрэмнію, утвараючы вугляродную плёнку. У выніку атрымліваецца губчастая структура адмоўных электродных матэрыялаў на аснове нанапорыстых крэмнію. Гэтыя пары эфектыўна буферызуюць змены аб'ёму крэмніевага анода падчас цыклаў зарадкі і разрадкі. Гэта забяспечвае механічную цэласнасць матэрыялу, з такімі перавагамі, як простая падрыхтоўка і добрая цыклічная стабільнасць.
Пясок
Асноўным кампанентам пяску з'яўляецца кварц, які мае такія перавагі, як багатыя запасы, нізкі кошт і лёгкая здабыча ў параўнанні з іншымі крэмніевымі рудамі. Аднак дыяксід крэмнію ў пяску ўтвораны вялікай колькасцю тэтраэдраў SiO4, злучаных агульнымі атамамі кіслароду, утвараючы моцную крэмніева-кіслародную сетку. Гэтая структура вельмі стабільная і складаная ў выкарыстанні. Даследчыкі выкарыстоўваюць NaCl для паглынання цяпла, якое выпрацоўваецца падчас працэсу аднаўлення магнію, прадухіляючы плаўленне часціц. Нанакрэмній здабываецца з марскога пяску, а для атрымання вугляроду выкарыстоўваецца высокатэмпературны піроліз ацэтылену. пакрыццё на часцінках крэмнію. У выніку атрымліваюцца добра пакрытыя крэмніева-вугляродныя анодныя матэрыялы.
Крыніцы крэмнію з біямасы, такія як рысавая лузга і трыснёг
Багатыя крэмніем расліны ўключаюць рысавая шалупіна, трыснёг, хвошч, лісце гарбаты і бамбук. Змест крэмнію адрозніваецца ў розных раслінах. У біямасе крэмній у асноўным існуе ў выглядзе свабоднага крэмнію ў сцеблах, кары і лісці. Для яго пераўтварэння ў элементарны сітаваты крэмній выкарыстоўваюцца хімічныя рэакцыі. Затым ідзе працэс нанясення вугляроднага пакрыцця для падрыхтоўкі матэрыялаў для адмоўных электродаў на аснове крэмнію.
Дыяксід крэмнію ў біямасе пасля аднаўлення можа ў значнай ступені захоўваць сваю сітаватую структуру. Падчас падрыхтоўкі анодаў на аснове крэмнію просты працэс можа захаваць яго сітаватую структуру. Гэта эфектыўна павялічвае ўнутраны аб'ём матэрыялу, змяншаючы пашырэнне аб'ёму крэмнію падчас цыклаў зарадкі і разрадкі. Выкарыстанне біямасы ў якасці крыніцы крэмнію для падрыхтоўкі матэрыялаў для адмоўных электродаў на аснове крэмнію мае такія перавагі, як шырокая даступнасць і ўстойлівасць. Гэта адпавядае сучасным канцэпцыям развіцця з нізкім узроўнем выкідаў вугляроду і экалагічна чыстым ужываннем, што робіць яе ідэальнай крыніцай крэмнію.
Рысавая шалупіна — гэта пабочны прадукт перапрацоўкі рысу, якога штогод у свеце вырабляецца больш за 100 мільёнаў тон. Нягледзячы на тое, што склад рысавай шалупіны адрозніваецца ў залежнасці ад гатунку і паходжання, яна ў асноўным складаецца з лігніну, цэлюлозы, геміцэлюлозы і крэмнію. Як правіла, попел, які застаецца пасля спальвання рысавай шалупіны, складае каля 201 TP3T ад масы шалупіны, прычым утрыманне крэмнію дасягае 87–971 TP3T. З дапамогай такіх метадаў, як кальцынацыя, прамыванне, выдаленне прымешак і рэакцыі аднаўлення, з рысавай шалупіны можна здабыць элементарны крэмній. Крэмній у рысавай шалупіне мае сітаватую структуру, і простыя рэакцыі могуць прывесці да атрымання трохмернага сітаватага нанакрэмнію. У спалучэнні з арганічным вугляродам гэта паляпшае электрахімічныя характарыстыкі матэрыялу.
Акрамя рысавай шалупіны, трыснёг таксама з'яўляецца добрым крэмніевым анодным матэрыялам. Ён мае ўпарадкавана размешчаны нанамаштабны крэмній і лускавата-падобную трохмерную слаістую структуру. З дапамогай простай рэакцыі тэрмічнага аднаўлення магнію можна атрымаць высокапорысты трохмерны крэмній.
Сілан і іншыя крыніцы крэмнію ў выглядзе хімічных газаў
Для падрыхтоўкі крэмніевых анодаў звычайна выкарыстоўваюцца газападобныя крыніцы крэмнію, у тым ліку сілан (SiH4), трыхлорсілан (SiHCl3) і тэтрахларыд крэмнію (SiCl4). Гэтыя газападобныя крыніцы крэмнію могуць быць выкарыстаны ў метадах асаджэння з паравой фазы, такіх як CVD, для падрыхтоўкі нанакрышталічнага крэмнію ў адпаведных умовах. Сярод іх сілан з'яўляецца асноўнай газападобным крыніцай крэмнію, які выкарыстоўваецца для падрыхтоўкі крэмніевых анодаў. Сілан, крэмніева-вадароднае злучэнне, у асноўным выкарыстоўваецца для гэтай мэты ў выглядзе метылсілану (SiH4). Як правіла, выкарыстоўваецца метад асаджэння з паравой фазы, пры якім сілан падвяргаецца раскладанню з утварэннем нанакрышталічнага крэмнію, які прыліпае да падкладкі.
Затым вугляроднае пакрыццё дасягаецца шляхам раскладання вугляродзмяшчальных газаў, у выніку чаго ўтвараюцца крэмніева-вугляродныя анодныя матэрыялы.
Газападобныя крыніцы крэмнію падыходзяць для падрыхтоўкі крэмніева-вугляродных анодных матэрыялаў наступнага пакалення. Дзякуючы вытворчасці меншых наначасціц крэмнію і мадыфікацыі паверхні, яны эфектыўна вырашаюць праблему пашырэння аб'ёму падчас фактычнага выкарыстання. Аднак газападобныя крыніцы крэмнію (напрыклад, сілан) вельмі нестабільныя, лёгкаўзгаральныя і таксічныя. Таму падчас падрыхтоўкі і выкарыстання для забеспячэння бяспекі і стабільнасці патрабуецца строгі кантроль тэмпературы, ціску і патоку газу. Гэта прыводзіць да больш высокіх патрабаванняў да вытворчага абсталявання, кантролю працэсаў і павелічэння выдаткаў на вытворчасць.
Фотаэлектрычныя крэмніевыя адходы і іншыя адходы
Фотаэлектрычны крэмній часта патрабуе рэзкі і фармавання падчас вытворчага працэсу, у выніку чаго ўтвараюцца адходы крэмнію з абрэзкаў краёў і кутоў. З шырокім выкарыстаннем фотаэлектрычнага крэмнію колькасць адходаў крэмнію павялічваецца з кожным годам. Адходы крэмнію недарагія і лёгкадаступныя, маюць адносна высокую чысціню і нізкае ўтрыманне прымешак. Яны падыходзяць для падрыхтоўкі анодных матэрыялаў на аснове крэмнію.
Каб вырашыць праблемы складаных працэсаў падрыхтоўкі і высокіх выдаткаў на матэрыялы, даследчыкі выкарыстоўвалі прамысловыя фотаэлектрычныя адходы рэзкі крэмнію ў якасці крыніцы крэмнію. З дапамогай высокаэнергетычнага шаровага млына крэмній памяншаецца да нанамаштабных памераў. Затым цукроза выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы вугляроду для пакрыцця нанакрэмнію, у выніку чаго атрымліваюцца анодныя матэрыялы з мікрасфер Si@C. Гэты падыход зніжае выдаткі на матэрыялы і спрашчае працэс падрыхтоўкі. Канструкцыя структуры пакрыцця інкапсулюе нанакрэмній унутры, прадухіляючы непасрэдны кантакт з электралітам і памяншаючы яго спажыванне. Нанакрэмній падвяргаецца ваганням аб'ёму ўнутры вугляродных сфер, падтрымліваючы добры кантакт з вугляродным матэрыялам і забяспечваючы хуткі транспарт літый-іёнаў.
Пасля апрацоўкі перапрацаванае кварцавае шкло таксама можа даць крэмніевыя анодныя матэрыялы са стабільнымі цыклічнымі характарыстыкамі. Даследчыкі выкарысталі выкінутае разбітае шкло і шляхам тэрмічнага аднаўлення магніем непасрэдна атрымалі сетку крэмніевых узаемасувязяў. Пасля пакрыцця паверхні вугляродным матэрыялам матэрыял быў сабраны ў акумулятар. Пры шчыльнасці току C/2 пасля 400 цыклаў ёмістасць заставалася на ўзроўні 1420 мАг/г. Вугляроднае пакрыццё на паверхні мае абмежаванні ў абмежаванні пашырэння крэмніевага матэрыялу, што з'яўляецца ключавой прычынай значнай страты ёмістасці ў пачатковых цыклах. Аднак структура, якая захоўваецца пасля апрацоўкі шкла, забяспечвае выдатную здольнасць супрацьстаяць пашырэнню, дасягаючы ўзроўню захавання ёмістасці да 74%.
Заключэнне
У заключэнне, «крэмній» у крэмніевых анодах паступае з розных крыніц. Яго можна атрымаць з мінералаў, раслін, адходаў і газападобных крыніц крэмнію. З развіццём тэхналогій выкарыстанне гэтых крыніц крэмнію становіцца больш эфектыўным і ўстойлівым. Гэтыя разнастайныя крыніцы крэмнію прапануюць розныя варыянты распрацоўкі анодных матэрыялаў на аснове крэмнію. Гэта можа стымуляваць развіццё больш прадукцыйных тэхналогій акумулятараў.
Эпічны парашок
Эпічны парашок, больш за 20 гадоў вопыту работы ў прамысловасці ультратонкага парашка. Актыўна садзейнічаць будучаму развіццю звыштонкага парашка, засяродзіўшы ўвагу на працэсе драбнення, памолу, класіфікацыі і мадыфікацыі звыштонкага парашка. Звяжыцеся з намі для бясплатнай кансультацыі і індывідуальных рашэнняў! Наша каманда экспертаў імкнецца прадастаўляць высакаякасныя прадукты і паслугі, каб максымізаваць каштоўнасць вашай апрацоўкі парашка. Epic Powder—Ваш надзейны эксперт па апрацоўцы парашка!