Конденсаторный углерод и пористый углерод для кремниевого углерода — два похожих материала, оба относятся к пористому углероду, но различаются электрохимическими свойствами, методами производства и областями применения. Характеристики этих двух материалов и различия между ними будут представлены ниже.
Конденсатор углеродный
Конденсаторный уголь — это пористый активированный уголь с большой площадью поверхности. Он широко используется в качестве электрода в устройствах хранения энергии. Производство конденсаторного угля обычно включает карбонизацию сырья, такого как уголь и скорлупа кокосовых орехов. Затем он проходит процесс активации. Процесс активации может быть физическим (с использованием водяного пара или углекислого газа) или химический (с использованием кислоты, основания или соли). Углерод конденсатора имеет три основных преимущества. Он дешев, имеет большую площадь поверхности и богатую пористую структуру. Эти характеристики обеспечивают ему высокую емкость хранения заряда в качестве электродного материала в суперконденсаторах.
Основные характеристики конденсаторного углерода включают в себя:
Большая удельная площадь поверхности: углерод конденсатора имеет чрезвычайно большую удельную площадь поверхности, что позволяет ему адсорбировать большое количество раствора электролита, тем самым образуя двойной слой на поверхности электрода, что является ключом к сохранению заряда.
Хорошо развитая пористая структура: Конденсаторный углерод имеет хорошо развитую микропористую и мезопористую структуру пор, что способствует смачиванию электролита и быстрому перемещению ионов, тем самым улучшая производительность конденсатора.
Высокая проводимость: Высокая ионная проводимость углерода конденсатора способствует быстрой зарядке и разрядке, что является важным фактором в достижении высокой плотности мощности суперконденсаторов.
Высокая химическая стабильность: в различных кислых и щелочных электролитах конденсаторный углерод проявляет высокую химическую стабильность, обеспечивая стабильную работу конденсатора в различных условиях.
Экологически чистый: конденсаторный углерод не содержит тяжелых металлов и не загрязняет окружающую среду. Это экологически чистый материал для хранения энергии.
Пористый углерод для кремниевого углерода
Пористый углерод для кремний-углерода является ключевым материалом перед кремний-углеродным отрицательным электродом, он играет важную роль в улучшении характеристик аккумулятора.
К основным характеристикам пористого углерода для кремниевого углерода относятся:
Пористый углерод имеет хорошую пористую структуру и большую площадь поверхности. Это может обеспечить подходящую структуру для осаждения нанокремния. Он также обеспечивает пространство для расширения кремния во время зарядки. Это улучшает производительность литий-ионных аккумуляторов. Большой объем пор означает больше активных участков. Это увеличивает емкость аккумулятора для хранения энергии. Избыточный объем пор снизит прочность. Поэтому его необходимо контролировать в разумных пределах.
Проводимость: пористый углеродный материал имеет высокую проводимость, что необходимо для быстрой зарядки и разрядки аккумулятора. Высокая проводимость может снизить внутреннее сопротивление аккумулятора и повысить общую эффективность преобразования энергии.
Содержание примесей и прочность углеродного скелета: высококачественный пористый углеродный материал имеет низкое содержание примесей и высокую прочность углеродного скелета, что повышает стабильность и продлевает срок службы батареи при переработке.
Размер частицы распределение и плотность уплотнения: подходящее распределение размера частиц и высокая плотность прессования делают пористый углеродный материал простым в обращении при производстве аккумуляторов и могут повысить плотность энергии аккумулятора.
Разница между конденсаторным углеродом и пористым углеродом, используемым в и кремнийуглероде
Конденсаторный углерод и пористый углерод, используемый для производства кремниевого углерода, различаются по свойствам и использованию, что делает конденсаторный углерод непригодным для прямого применения в производстве кремниевого углеродного отрицательного электродного материала. Вот некоторые ключевые различия и причины:
Конденсаторный углерод имеет очень развитую микропористую структуру. Это делает его отличным электродным материалом для суперконденсаторов. Микропоры обеспечивают большую площадь поверхности для адсорбции ионов в электролите и хранения заряда. Однако для кремниево-углеродных отрицательных электродов требуется более крупная пористая структура. Она должна приспосабливаться к расширению частиц кремния. Это предотвращает разрушение или падение материала из-за изменения объема во время зарядки и разрядки.
Механическая прочность и устойчивость: материал отрицательного электрода из кремния и углерода будет претерпевать значительные изменения объема во время процесса заряда и разряда, что требует от базового материала достаточной механической прочности и стабильности, чтобы выдерживать это напряжение. Хотя конденсаторный углерод обладает хорошими электрохимическими свойствами, его механической прочности и структурной стабильности может быть недостаточно, чтобы справиться с изменениями объема частиц кремния, что влияет на срок службы аккумулятора.
Термическая стабильность: в процессе производства материала отрицательного электрода из кремния и углерода могут потребоваться этапы высокотемпературной обработки. Термическая стабильность конденсаторного углерода может оказаться недостаточной для выдерживания условий высокой температуры, что может привести к повреждению структуры или снижению производительности.
Проводимость: хотя конденсаторный углерод имеет определенную проводимость, кремний-углеродный материал отрицательного электрода обычно требует более высокой проводимости для обеспечения быстрой передачи электронов. Поэтому для улучшения общей проводимости могут потребоваться дополнительные проводящие агенты или оптимизированный углеродный материал.
Дисперсия кремния: в анодном материале из кремния и углерода частицы кремния должны быть равномерно распределены в углеродной матрице, чтобы максимизировать высокую емкость кремния. Пористая структура конденсаторного углерода может не способствовать равномерному распределению и фиксации частиц кремния.
Хотя конденсаторный углерод хорошо себя зарекомендовал в суперконденсаторах, его специфическая пористая структура, механическая прочность, термическая стабильность и проводимость не подходят для непосредственного использования в производстве кремний-углеродного эргативного электродного материала.
Как преобразовать
Превращение конденсаторного углерода в пористый углерод, подходящий для кремний-углеродных материалов, требует ряда этапов модификации для корректировки его пористой структуры, механических свойств и химической стабильности в соответствии с конкретными требованиями к кремний-углеродному композитному материалу.
Вот некоторые возможные стратегии трансформации:
Отрегулируйте размер пор: конденсаторный углерод обычно имеет больше микропор. Чтобы адаптироваться к кремниевому углеродному материалу, может потребоваться расширить размер пор. Это создаст мезопористую или макропористую структуру. Этого можно добиться химическими или физическими методами. Например, химическая активация (с использованием KOH или NaOH) или физическая активация (с использованием водяного пара или CO2) может отрегулировать размер пор. Это увеличивает долю мезопор и макропор.
Улучшить механические свойства. Конденсаторный углерод может не выдерживать изменения объема частиц кремния во время зарядки и разрядки.
Его прочность можно повысить за счет:
Модификация прекурсора карбонизации.
Контроль температуры карбонизации.
Добавление армирующих агентов, таких как углеродные нанотрубки и графен.
Улучшение термической стабильности: улучшить термическую стабильность конденсаторного углерода путем высокотемпературной обработки или легирования другими элементами (такими как азот и бор) для обеспечения сохранения структурной целостности в процессе производства и применения кремний-углеродного композиционного материала.
Улучшить проводимость: проводимость конденсаторного углерода может быть недостаточной для удовлетворения требований кремний-углеродного композитного материала. Проводимость может быть улучшена путем легирования углеродного материала с лучшей проводимостью (например, графена и угольно черный) или покрытие поверхность с токопроводящим слоем.
Модифицируйте поверхность: модифицируйте поверхность углерода конденсатора, чтобы улучшить его совместимость и адгезию с частицами кремния. Например, мы можем улучшить адгезию частиц кремния на поверхности углерода. Мы можем сделать это, окислив поверхность и используя силановый связующий агент. Процесс преобразования должен сбалансировать стоимость, эффективность и производительность. На практике эксперименты могут найти наилучший метод и условия для модификации. Кроме того, мы должны тщательно протестировать преобразованные материалы. Их производительность в кремний-углеродном отрицательном электродном материале должна соответствовать требованиям.