Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, perkembangan pesat kenderaan tenaga baharu telah meningkatkan permintaan yang lebih tinggi untuk prestasi bateri. Bahan anod berasaskan grafit tradisional mempunyai kapasiti spesifik yang rendah dan sukar untuk memenuhi permintaan. silikon mempunyai kapasiti khusus teori yang sangat tinggi, yang boleh meningkatkan prestasi bateri dengan berkesan. Ia mempunyai potensi besar untuk pembangunan sebagai bahan anod. Bahan sumber silikon, morfologi zarah, dan kaedah pemprosesan memberi kesan ketara kepada prestasi elektrod negatif berasaskan silikon.
Mari kita lihat sumber silikon elektrod negatif berasaskan silikon.
Diatomit, Zeolit, pasir dan Sumber Silikon Mineral Lain
Mineral silikon adalah sumber silikon yang paling banyak dan diedarkan secara meluas hari ini. Ia terutamanya wujud dalam bentuk silikon oksida dan silikat, seperti pasir, zeolit, feldspar, dan tanah liat. Mineral silikon mempunyai kandungan dan sifat silikon yang tinggi seperti kekerasan tinggi, kestabilan terma, dan kimia kestabilan. Sesetengah mineral silikon mengandungi banyak liang kecil dalam struktur mikronya, memberikannya kawasan permukaan khusus yang besar. Ini menjadikannya sesuai untuk menyediakan bahan anod berasaskan silikon berliang.
Diatomit
Diatomit adalah sedimen yang terbentuk oleh pengumpulan sisa diatom kecil dari laut purba. Ia diedarkan secara meluas sebagai batu silika dengan kapasiti penyimpanan yang tinggi di Bumi. Komponen kimia utama bumi diatom ialah SiO2, dengan kandungan maksimum sehingga 94%. Di samping itu, ia mengandungi sejumlah kecil kekotoran logam dan bahan organik. SiO2 yang diperolehi daripada tanah diatom mempunyai struktur berliang yang baik. Berbanding dengan sumber silikon biojisim, ia mengandungi kurang karbon, tetapi kandungan silikonnya lebih tinggi. Struktur silika mempamerkan struktur rangkaian 3D yang unik dan sangat teratur. Melalui pengekstrakan dan pengkompaunan mudah, bahan nano-silikon berliang boleh digunakan untuk menyediakan anod berasaskan silikon.
Klinoptilolit
Klinoptilolit terutamanya terdiri daripada silikat, dengan kandungan silikon yang tinggi (57%–70%) dan struktur saluran seperti sangkar yang kompleks. Struktur ini berfaedah untuk menyediakan bahan anod berasaskan silikon berliang seragam. Penyelidik menggunakan pengisaran mekanikal untuk membuka saluran penghantaran dalaman klinoptilolit. Mereka kemudiannya menggunakan haba untuk menggalakkan tindak balas pengurangan haba magnesium, mengekstrak unsur silikon. Selanjutnya, kaedah pemendapan wap digunakan untuk memecahkan toluena pada permukaan nano-silikon, membentuk filem karbon. Ini menghasilkan struktur seperti span bahan elektrod negatif berasaskan silikon nanoporous. Liang-liang ini secara berkesan menampan perubahan volum anod berasaskan silikon semasa kitaran cas dan nyahcas. Ini memastikan integriti mekanikal bahan, dengan kelebihan seperti penyediaan mudah dan kestabilan berbasikal yang baik.
pasir
Komponen utama pasir adalah kuarza, yang mempunyai kelebihan seperti rizab yang banyak, kos rendah, dan pengekstrakan mudah berbanding dengan bijih silikon yang lain. Walau bagaimanapun, silikon dioksida dalam pasir dibentuk oleh sebilangan besar tetrahedra SiO4 yang dihubungkan melalui atom oksigen yang dikongsi, membentuk rangkaian silikon-oksigen yang kuat. Struktur ini sangat stabil dan sukar untuk digunakan. Penyelidik menggunakan NaCl untuk menyerap haba yang dijana semasa proses pengurangan magnesium, menghalang lebur zarah. Nano-silikon diekstrak daripada pasir laut, dan pirolisis suhu tinggi asetilena digunakan untuk mencapai karbon salutan pada zarah silikon. Ini menghasilkan bahan anod silikon-karbon yang bersalut dengan baik.
Sumber Silikon Biojisim Seperti Sekam Padi dan Buluh
Tumbuhan yang kaya dengan silikon termasuk sekam padi, buluh, ekor kuda, daun teh dan buluh. Kandungan silikon berbeza-beza antara tumbuhan yang berbeza. Dalam biojisim, silikon terutamanya wujud sebagai silika bebas dalam batang, kulit kayu, dan daun. Tindak balas kimia digunakan untuk menukarkannya kepada silikon berliang unsur. Ini diikuti dengan proses salutan karbon untuk menyediakan bahan elektrod negatif berasaskan silikon.
Silika dalam biojisim, selepas pengurangan, sebahagian besarnya boleh mengekalkan struktur berliangnya. Semasa penyediaan anod berasaskan silikon, proses mudah boleh mengekalkan rangka kerja berliangnya. Ini secara berkesan meningkatkan ruang dalaman bahan, mengurangkan pengembangan isipadu silikon semasa kitaran cas dan nyahcas. Menggunakan biojisim sebagai sumber silikon untuk menyediakan bahan elektrod negatif berasaskan silikon mempunyai kelebihan seperti ketersediaan dan kemampanan yang luas. Ia sejajar dengan konsep pembangunan rendah karbon dan mesra alam semasa, menjadikannya sumber silikon yang ideal.
Sekam padi adalah hasil sampingan beras, dengan lebih 100 juta tan dihasilkan di seluruh dunia setiap tahun. Walaupun komposisi sekam padi berbeza mengikut kepelbagaian dan asal usul, ia terutamanya terdiri daripada lignin, selulosa, hemiselulosa, dan silika. Biasanya, abu yang tinggal selepas pembakaran sekam padi menyumbang kira-kira 20% daripada jisim sekam, dengan kandungan silika mencapai 87–97%. Melalui kaedah seperti pengkalsinan, pencucian, penyingkiran kekotoran, dan tindak balas pengurangan, unsur silikon boleh diekstrak daripada sekam padi. Silika dalam sekam padi mempunyai struktur berliang, dan tindak balas mudah boleh menghasilkan nanosiilikon berliang 3D. Apabila digabungkan dengan karbon organik, ini meningkatkan prestasi elektrokimia bahan.
Selain sekam padi, buluh juga merupakan bahan anod berasaskan silikon yang baik. Mereka mempunyai silika skala nano yang tersusun teratur dan struktur berlapis 3D seperti kepingan. Menggunakan tindak balas pengurangan haba magnesium yang mudah, silikon 3D yang sangat berliang boleh diperolehi.
Silane dan Sumber Silikon Gas Kimia Lain
Sumber silikon gas biasanya digunakan untuk menyediakan anod berasaskan silikon, termasuk silane (SiH4), trichlorosilane (SiHCl3), dan silikon tetraklorida (SiCl4). Sumber silikon gas ini boleh digunakan dalam teknik pemendapan wap seperti CVD untuk menyediakan nano-silikon di bawah keadaan yang sesuai. Antaranya, silane ialah sumber silikon gas utama yang digunakan untuk penyediaan anod berasaskan silikon. Silane, sebatian silikon-hidrogen, digunakan terutamanya dalam bentuk metilsilane (SiH4) untuk tujuan ini. Biasanya, kaedah pemendapan wap digunakan, di mana silane mengalami penguraian untuk menghasilkan nano-silikon yang melekat pada substrat.
Salutan karbon kemudiannya dicapai dengan mengurai gas yang mengandungi karbon, menghasilkan bahan anod silikon-karbon.
Sumber silikon gas sesuai untuk menyediakan bahan anod silikon-karbon generasi akan datang. Dengan menghasilkan zarah nano-silikon yang lebih kecil dan pengubahsuaian permukaan, ia berkesan menangani isu pengembangan volum semasa penggunaan sebenar. Walau bagaimanapun, sumber silikon gas (seperti silan) adalah sangat tidak stabil, mudah terbakar dan toksik. Oleh itu, kawalan ketat suhu, tekanan dan aliran gas diperlukan semasa penyediaan dan penggunaan untuk memastikan keselamatan dan kestabilan. Ini membawa kepada keperluan yang lebih tinggi untuk peralatan pengeluaran, kawalan proses dan peningkatan kos pengeluaran.
Sisa Silikon Fotovoltaik dan Bahan Sisa Lain
Silikon fotovoltaik selalunya memerlukan pemotongan dan pembentukan semasa proses pembuatan, mengakibatkan sisa silikon dari sisa tepi dan sudut. Dengan penggunaan silikon fotovoltaik yang meluas, penjanaan sisa silikon telah meningkat dari tahun ke tahun. Sisa silikon adalah murah dan mudah didapati, dengan ketulenan yang agak tinggi dan kandungan kekotoran yang rendah. Ia sesuai untuk menyediakan bahan anod berasaskan silikon.
Untuk menangani isu proses penyediaan yang kompleks dan kos bahan yang tinggi, penyelidik telah menggunakan sisa silikon pemotongan fotovoltaik industri sebagai sumber silikon. Melalui pengilangan bebola tenaga tinggi, silikon dikurangkan kepada saiz nano. Kemudian, sukrosa digunakan sebagai sumber karbon untuk menyalut nano-silikon, menghasilkan bahan anod mikrosfera Si@C. Pendekatan ini mengurangkan kos bahan dan memudahkan proses penyediaan. Reka bentuk struktur salutan merangkumi nano-silikon di dalam, menghalang sentuhan langsung dengan elektrolit dan mengurangkan penggunaan elektrolit. Nano-silikon mengalami turun naik volum dalam sfera karbon, mengekalkan sentuhan yang baik dengan bahan karbon dan membolehkan pengangkutan litium-ion yang cepat.
Kaca kuarza kitar semula, selepas rawatan, juga boleh menghasilkan bahan anod silikon dengan prestasi berbasikal yang stabil. Penyelidik menggunakan kaca pecah terbuang dan, melalui pengurangan haba magnesium, secara langsung memperoleh rangkaian interkoneksi Si. Selepas lapisan permukaan dengan bahan karbon, bahan itu dipasang ke dalam bateri. Pada ketumpatan arus C/2, selepas 400 kitaran, kapasiti kekal pada 1420 mAh/g. Salutan karbon pada permukaan mempunyai had dalam menyekat pengembangan bahan silikon, yang merupakan sebab utama kehilangan kapasiti yang ketara dalam kitaran awal. Walau bagaimanapun, struktur yang dikekalkan selepas rawatan kaca memberikan keupayaan anti-pengembangan yang sangat baik, mencapai kadar pengekalan kapasiti sehingga 74%.
Kesimpulan
Kesimpulannya, "silikon" dalam anod berasaskan silikon berasal dari pelbagai sumber. Ia boleh didapati daripada mineral, tumbuhan, bahan buangan, dan sumber silikon gas. Dengan kemajuan teknologi, penggunaan sumber silikon ini menjadi lebih cekap dan mampan. Sumber silikon yang pelbagai ini menawarkan pelbagai pilihan untuk membangunkan bahan anod berasaskan silikon. Ini berpotensi untuk memacu pembangunan teknologi bateri berprestasi tinggi
Bedak Epik
Bedak Epik, 20+ tahun pengalaman kerja dalam industri serbuk ultrahalus. Secara aktif menggalakkan pembangunan serbuk ultra-halus masa hadapan, memfokuskan pada proses penghancuran, pengisaran, pengelasan dan pengubahsuaian serbuk ultra-halus. Hubungi kami untuk perundingan percuma dan penyelesaian tersuai! Pasukan pakar kami berdedikasi untuk menyediakan produk dan perkhidmatan berkualiti tinggi untuk memaksimumkan nilai pemprosesan serbuk anda. Serbuk Epik—Pakar Pemprosesan Serbuk Dipercayai Anda!