Son yıllarda, yeni enerji araçlarının hızla gelişmesi, pil performansına yönelik daha yüksek talepleri beraberinde getirmiştir. Geleneksel grafit bazlı anot malzemelerinin özgül kapasitesi düşüktür ve talebi karşılamak zordur. Silikon pil performansını etkili bir şekilde iyileştirebilen son derece yüksek teorik özgül kapasiteye sahiptir. Anot malzemesi olarak geliştirilme potansiyeli yüksektir. Silikon kaynak malzemesi, parçacık morfolojisi ve işleme yöntemleri, pilin performansını önemli ölçüde etkiler. silikon bazlı negatif elektrotlar.
Silisyum bazlı negatif elektrotların silisyum kaynaklarına bir göz atalım.
Diyatomit, Zeolit, Kum ve Diğer Mineral Silisyum Kaynakları
Mineral silisyum günümüzde en bol bulunan ve yaygın olarak dağıtılan silisyum kaynağıdır. Esas olarak kum, zeolit, feldispat ve kil gibi silisyum oksitler ve silikatlar şeklinde bulunur. Silisyum mineralleri yüksek silisyum içeriğine ve yüksek sertlik, termal kararlılık ve kimyasal kararlılık. Bazı silikon mineralleri mikro yapılarında çok sayıda küçük gözenek içerir ve bu da onlara büyük bir özgül yüzey alanı verir. Bu onları gözenekli silikon bazlı anot malzemeleri hazırlamak için uygun hale getirir.
Diyatomit
Diyatomit, antik denizlerden gelen minik diyatom kalıntılarının birikmesiyle oluşan bir tortudur. Dünya üzerinde yüksek depolama kapasitesine sahip silisli bir kaya olarak yaygın olarak dağılmıştır. Diyatomlu toprağın ana kimyasal bileşeni, maksimum içeriği 94%'ye kadar olan SiO2'dir. Ek olarak, eser miktarda metal safsızlıkları ve organik madde içerir. Diyatomlu topraktan elde edilen SiO2 iyi bir gözenekli yapıya sahiptir. Biyokütle silikon kaynaklarıyla karşılaştırıldığında daha az karbon içerir, ancak silikon içeriği daha yüksektir. Silika yapısı benzersiz, oldukça düzenli bir 3B ağ yapısı sergiler. Basit çıkarma ve birleştirme yoluyla, gözenekli nano-silikon malzemeler silikon bazlı anotlar hazırlamak için kullanılabilir.
Klinoptilolit
Klinoptilolit, esas olarak yüksek silisyum içeriğine (57%–70%) ve karmaşık kafes benzeri kanal yapısına sahip silikatlardan oluşur. Bu yapı, düzgün gözenekli silisyum bazlı anot malzemeleri hazırlamak için faydalıdır. Araştırmacılar, klinoptilolitin iç iletim kanallarını açmak için mekanik taşlama kullanırlar. Daha sonra, elementel silisyum çıkararak magnezyum termal indirgeme reaksiyonunu teşvik etmek için ısı uygularlar. Ayrıca, buhar biriktirme yöntemi, nano-silisyumun yüzeyindeki tolueni çatlatmak ve bir karbon filmi oluşturmak için kullanılır. Bu, nano gözenekli silisyum bazlı negatif elektrot malzemelerinin sünger benzeri bir yapısıyla sonuçlanır. Bu gözenekler, şarj ve deşarj döngüleri sırasında silisyum bazlı anodun hacim değişimlerini etkili bir şekilde tamponlar. Bu, basit hazırlama ve iyi döngü kararlılığı gibi avantajlarla malzemenin mekanik bütünlüğünü sağlar.
Kum
Kumun ana bileşeni, diğer silisyum cevherlerine kıyasla bol rezerv, düşük maliyet ve kolay çıkarım gibi avantajlara sahip olan kuvarstır. Ancak kumdaki silisyum dioksit, paylaşılan oksijen atomları aracılığıyla birbirine bağlanan çok sayıda SiO4 tetrahedra tarafından oluşturulur ve güçlü bir silisyum-oksijen ağı oluşturur. Bu yapı oldukça kararlıdır ve kullanımı zordur. Araştırmacılar, magnezyum indirgeme işlemi sırasında oluşan ısıyı emmek için NaCl kullanır ve böylece partikül erimesini önler. Nano-silikon deniz kumundan çıkarılır ve asetilenin yüksek sıcaklıktaki pirolizi karbon elde etmek için kullanılır kaplama silikon parçacıkları üzerinde. Bu, iyi kaplanmış silikon-karbon anot malzemeleriyle sonuçlanır.
Pirinç Kabukları ve Kamışları Gibi Biyokütle Silisyum Kaynakları
Silisyum açısından zengin bitkiler şunlardır: pirinç kabukları, kamışlar, at kuyrukları, çay yaprakları ve bambu. Silisyum içeriği farklı bitkiler arasında değişir. Biyokütlede, silisyum esas olarak gövdelerde, kabuklarda ve yapraklarda serbest silika olarak bulunur. Kimyasal reaksiyonlar onu temel gözenekli silisyuma dönüştürmek için kullanılır. Bunu, silisyum bazlı negatif elektrot malzemeleri hazırlamak için bir karbon kaplama işlemi izler.
Biyokütledeki silika, indirgemeden sonra gözenekli yapısını büyük ölçüde koruyabilir. Silikon bazlı anotların hazırlanması sırasında, basit bir işlem gözenekli çerçevesini koruyabilir. Bu, malzemenin iç alanını etkili bir şekilde artırarak şarj ve deşarj döngüleri sırasında silikonun hacim genişlemesini hafifletir. Silikon bazlı negatif elektrot malzemeleri hazırlamak için biyokütleyi silikon kaynağı olarak kullanmanın geniş bulunabilirlik ve sürdürülebilirlik gibi avantajları vardır. Mevcut düşük karbonlu ve çevre dostu geliştirme konseptleriyle uyumludur ve onu ideal bir silikon kaynağı yapar.
Pirinç kabuğu, her yıl dünya çapında 100 milyon tondan fazla üretilen pirincin bir yan ürünüdür. Pirinç kabuğunun bileşimi çeşide ve kökene göre değişse de esas olarak lignin, selüloz, hemiselüloz ve silikadan oluşur. Tipik olarak, pirinç kabukları yakıldıktan sonra kalan kül, kabuğun kütlesinin yaklaşık 20%'sini oluşturur ve silika içeriği 87–97%'ye ulaşır. Kalsinasyon, yıkama, safsızlık giderme ve indirgeme reaksiyonları gibi yöntemlerle, elementel silikon pirinç kabuklarından çıkarılabilir. Pirinç kabuklarındaki silika gözenekli bir yapıya sahiptir ve basit reaksiyonlar 3D gözenekli nanosilisyum elde edebilir. Organik karbonla birleştirildiğinde, bu malzemenin elektrokimyasal performansını artırır.
Pirinç kabuklarına ek olarak, kamışlar da iyi bir silikon bazlı anot malzemesidir. Düzenli bir şekilde düzenlenmiş nano ölçekli silikaya ve pul benzeri 3B katmanlı bir yapıya sahiptirler. Basit bir magnezyum termal indirgeme reaksiyonu kullanılarak, oldukça gözenekli 3B silikon elde edilebilir.
Silan ve Diğer Kimyasal Gaz Silisyum Kaynakları
Gaz halindeki silikon kaynakları, silan (SiH4), triklorosilan (SiHCl3) ve silikon tetraklorür (SiCl4) dahil olmak üzere silikon bazlı anotları hazırlamak için yaygın olarak kullanılır. Bu gaz halindeki silikon kaynakları, uygun koşullar altında nano-silikon hazırlamak için CVD gibi buhar biriktirme tekniklerinde kullanılabilir. Bunlar arasında silan, silikon bazlı anot hazırlamada kullanılan ana gaz halindeki silikon kaynağıdır. Bir silikon-hidrojen bileşiği olan silan, bu amaçla öncelikle metilsilan (SiH4) formunda kullanılır. Tipik olarak, silanın bir alt tabakaya yapışan nano-silikon oluşturmak için ayrışmaya uğradığı buhar biriktirme yöntemi kullanılır.
Daha sonra karbon içeren gazların ayrıştırılmasıyla karbon kaplama elde edilir ve bunun sonucunda silisyum-karbon anot malzemeleri elde edilir.
Gaz halindeki silikon kaynakları, yeni nesil silikon-karbon anot malzemeleri hazırlamak için uygundur. Daha küçük nano-silikon parçacıkları ve yüzey modifikasyonları üreterek, gerçek kullanım sırasında hacim genişlemesi sorununu etkili bir şekilde ele alırlar. Ancak, gaz halindeki silikon kaynakları (silan gibi) oldukça dengesiz, yanıcı ve toksiktir. Bu nedenle, güvenlik ve istikrarı sağlamak için hazırlama ve kullanım sırasında sıcaklık, basınç ve gaz akışının sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. Bu, üretim ekipmanı, süreç kontrolü ve artan üretim maliyetleri için daha yüksek gereksinimlere yol açar.
Fotovoltaik Silisyum Atıkları ve Diğer Atık Malzemeler
Fotovoltaik silikon genellikle üretim süreci sırasında kesme ve şekillendirme gerektirir ve bu da kenar ve köşe hurdalarından silikon atığına neden olur. Fotovoltaik silikonun yaygın kullanımıyla, silikon atık üretimi her geçen yıl artmaktadır. Silikon atığı ucuzdur ve kolayca temin edilebilir, nispeten yüksek saflıkta ve düşük safsızlık içeriğine sahiptir. Silikon bazlı anot malzemeleri hazırlamak için uygundur.
Karmaşık hazırlama süreçleri ve yüksek malzeme maliyetleri sorunlarını ele almak için araştırmacılar, silikon kaynağı olarak endüstriyel fotovoltaik kesme silikon atıklarını kullandılar. Yüksek enerjili bilyalı öğütme yoluyla silikon nanoölçek boyutuna düşürülür. Daha sonra, sakaroz nano-silikonu kaplamak için bir karbon kaynağı olarak kullanılır ve bunun sonucunda Si@C mikroküre anot malzemeleri elde edilir. Bu yaklaşım malzeme maliyetlerini düşürür ve hazırlama sürecini basitleştirir. Kaplama yapısı tasarımı, nano-silikonu içeride kapsülleyerek elektrolit ile doğrudan teması önler ve elektrolit tüketimini azaltır. Nano-silikon, karbon küreler içinde hacim dalgalanmalarına uğrar, karbon malzeme ile iyi bir temas sağlar ve hızlı lityum iyon taşınmasını sağlar.
Geri dönüştürülmüş kuvars camı, işlemden sonra, kararlı çevrim performansına sahip silikon anot malzemeleri de üretebilir. Araştırmacılar atılmış kırık camı kullandılar ve magnezyum termal indirgeme yoluyla doğrudan bir Si ara bağlantı ağı elde ettiler. Yüzeyi karbon malzeme ile kaplandıktan sonra, malzeme bir bataryaya monte edildi. C/2 akım yoğunluğunda, 400 çevrimden sonra kapasite 1420 mAh/g'da kaldı. Yüzeydeki karbon kaplama, silikon malzemenin genleşmesini kısıtlamada sınırlamalara sahiptir ve bu, ilk çevrimlerde önemli kapasite kaybının temel nedenidir. Bununla birlikte, cam işleminden sonra korunan yapı, 74%'ye kadar bir kapasite tutma oranı elde ederek mükemmel genleşmeye karşı yetenek sağlar.
Çözüm
Sonuç olarak, silikon bazlı anotlardaki "silikon" çeşitli kaynaklardan gelir. Minerallerden, bitkilerden, atık malzemelerden ve gaz halindeki silikon kaynaklarından elde edilebilir. Teknolojik gelişmelerle birlikte, bu silikon kaynaklarının kullanımı daha verimli ve sürdürülebilir hale geliyor. Bu çeşitli silikon kaynakları, silikon bazlı anot malzemeleri geliştirmek için çeşitli seçenekler sunar. Bu, daha yüksek performanslı pil teknolojilerinin geliştirilmesini sağlama potansiyeline sahiptir
Epik Toz
Epik Toz, Ultra ince toz endüstrisinde 20+ yıllık iş deneyimi. Ultra ince tozun gelecekteki gelişimini aktif olarak teşvik edin, ultra ince tozun ezilmesi, öğütülmesi, sınıflandırılması ve modifikasyon sürecine odaklanın. Ücretsiz danışmanlık ve özelleştirilmiş çözümler için bizimle iletişime geçin! Uzman ekibimiz, toz işleme değerinizin en üst düzeye çıkarılması için yüksek kaliteli ürünler ve hizmetler sunmaya kendini adamıştır. Epic Powder—Güvenilir Toz İşleme Uzmanınız!