Grafyt is ferdield yn keunstmjittich grafyt en natuerlik grafyt, de wrâld bewiisde reserves fan natuerlik grafyt yn sawat 2 miljard ton.
Artificial graphite wurdt krigen troch de ûntbining en waarmte behanneling fan koalstof-befette materialen ûnder normale druk. Dizze transformaasje fereasket heech genôch temperatuer en enerzjy as de driuwende krêft, en de ûnregelmjittige struktuer sil wurde omfoarme ta in oardere grafytkristalstruktuer.
Graphitization is yn 'e breedste betsjutting fan it koalstofhoudende materiaal troch boppe 2000 ℃ hege temperatuer waarmte behanneling koalstof atomen weryndieling, lykwols guon koalstof materialen yn de hege temperatuer boppe 3000 ℃ graphitization, dit soarte fan koalstof materialen waard bekend as de "hurde houtskoal", foar maklike grafitisearre koalstofmaterialen, de tradisjonele grafitisaasjemetoade omfetsje metoade foar hege temperatuer en hege druk, katalytyske grafitisaasje, metoade foar gemyske dampôfsetting, ensfh.
Graphitization is in effektyf middel fan hege tafoege wearde benutten fan carbonaceous materialen. Nei wiidweidich en yngeand ûndersyk troch gelearden, is it no yn prinsipe folwoeksen. Guon ûngeunstige faktoaren beheine lykwols de tapassing fan tradisjonele grafitisaasje yn 'e yndustry, dus it is in ûnûntkombere trend om nije grafitisaasjemetoaden te ferkennen.
Molten sâlt electrolysis metoade sûnt de 19e ieu wie mear as in ieu fan ûntwikkeling, syn basis teory en nije metoaden binne hieltyd ynnovaasje en ûntwikkeling, no is net langer beheind ta de tradisjonele metallurgyske yndustry, oan it begjin fan de 21e ieu, it metaal yn it smelte sâlt systeem fêst okside elektrolytyske reduksje tarieding fan elemintêre metalen wurden de fokus yn de mear aktive,
Koartlyn hat in nije metoade foar it tarieden fan grafytmaterialen troch smelte sâltelektrolyse in protte oandacht lutsen.
Troch katodyske polarisaasje en elektrodeposysje wurde de twa ferskillende foarmen fan koalstofgrûnstoffen omfoarme ta nano-grafytmaterialen mei hege mearwearde. Yn ferliking mei de tradisjonele grafitization technology, de nije grafitization metoade hat de foardielen fan legere grafitization temperatuer en kontrolearber morfology.
Dit papier besjocht de fuortgong fan grafitisaasje troch elektrogemyske metoade, yntrodusearret dizze nije technology, analysearret har foardielen en neidielen, en prospectearret syn takomstige ûntwikkelingstrend.
Earst, smelte sâlt electrolytic kathode polarisaasje metoade
1.1 de grûnstof
Op it stuit, de wichtichste grûnstof fan keunstmjittige grafyt is needle coke en pitch coke fan hege graphitization graad, nammentlik troch de oalje residu en stienkoal teer as grûnstof te produsearje in hege kwaliteit koalstof materialen, mei lege porosity, lege swevel, lege jiske ynhâld en foardielen fan grafitization, nei syn tarieding yn grafyt hat goede wjerstân tsjin ynfloed, hege meganyske sterkte, lege resistivity,
Beheinde oaljereserves en fluktuearjende oaljeprizen hawwe har ûntwikkeling lykwols beheind, sadat it sykjen fan nije grûnstoffen in driuwend probleem wurden is om op te lossen.
Tradysjonele grafitisaasjemetoaden hawwe beheiningen, en ferskate grafitisaasjemetoaden brûke ferskate grûnstoffen. Foar net-grafitisearre koalstof kinne tradisjonele metoaden it amper grafitisearje, wylst de elektrogemyske formule fan smelte sâltelektrolyse troch de beheining fan grûnstoffen brekt, en is geskikt foar hast alle tradisjonele koalstofmaterialen.
Tradysjonele koalstofmaterialen omfetsje koalstofswart, aktive koalstof, stienkoal, ensfh., Under hokker stienkoal de meast kânsrike is. De stienkoal-basearre inket nimt stienkoal as de foarrinner en wurdt taret yn grafytprodukten op hege temperatuer nei foarbehanneling.
Koartlyn, dit papier stelt in nije elektrogemyske metoaden, lykas Peng, troch gesmolten sâlt electrolysis is ûnwierskynlik te graphitized koalstof swart yn 'e hege crystallinity fan grafyt, de electrolysis fan grafyt samples mei dêryn de petal foarm grafyt nanometer chips, hat hege spesifike oerflak gebiet, doe't brûkt foar lithium batterij kathode toande poerbêst elektrochemical prestaasjes mear as natuerlike grafyt.
Zhu et al. sette de deashing behannele lege kwaliteit stienkoal yn CaCl2 smelte sâlt systeem foar elektrolysis by 950 ℃, en mei súkses omfoarme de lege kwaliteit stienkoal yn grafyt mei hege crystallinity, dy't toande goede snelheid prestaasjes en lange syklus libben doe't brûkt as anode fan lithium ion batterij .
It eksperimint lit sjen dat it mooglik is om ferskate soarten tradysjonele koalstofmaterialen om te setten yn grafyt troch middel fan smelte sâltelektrolyse, wat in nije manier iepenet foar takomstich syntetyske grafyt.
1.2 it meganisme fan
Molten sâlt electrolysis metoade brûkt koalstof materiaal as kathode en konvertearret it yn grafyt mei hege crystallinity troch middel fan katodyske polarisaasje. Op it stuit, besteande literatuer neamt it fuortheljen fan soerstof en lange-ôfstân werynrjochting fan koalstof atomen yn de potinsjele konverzje proses fan katodyske polarisaasje.
De oanwêzigens fan soerstof yn koalstofmaterialen sil grafitisaasje yn guon mjitte hinderje. Yn it tradisjonele grafitisaasjeproses sil soerstof stadichoan fuortsmiten wurde as de temperatuer heger is as 1600K. It is lykwols ekstreem handich om te deoxidearjen fia katodyske polarisaasje.
Peng, ensfh yn 'e eksperiminten foar de earste kear sette nei foaren de gesmolten sâlt electrolysis katodyske polarisaasje potinsjele meganisme, nammentlik de grafitization meast it plak om te begjinnen is te lizzen yn bêst koalstof microspheres / electrolyte ynterface, earste koalstof microsphere foarm om in basis deselde diameter grafytshell, en dan nea stabile wetterfrije koalstofatomen ferspriede nei stabiler bûtenste grafytvlok, oant folslein grafytisearre,
It grafitisaasjeproses wurdt begelaat troch it fuortheljen fan soerstof, dy't ek befêstige wurdt troch eksperiminten.
Jin et al. ek bewiisde dit stânpunt troch eksperiminten. Nei karbonisaasje fan glukoaze waard grafitisaasje (17% soerstofynhâld) útfierd. Nei grafitization foarme de oarspronklike bêst koalstof sfearen (Fig. 1a en 1c) in poreuze shell gearstald út graphite nanosheets (Fig. 1b en 1d).
Troch elektrolyse fan koalstoffezels (16% soerstof) kinne de koalstoffezels nei grafytisaasje omboud wurde yn grafytbuizen neffens it konversaasjemeganisme spekulearre yn 'e literatuer
Leaude dat, de lange ôfstân beweging is ûnder katodyske polarisaasje fan koalstof atomen de hege crystal grafyt nei amorphous koalstof rearrange moat ferwurkje, syntetyske grafyt unike blomblêden foarm nanostructures profitearre fan soerstof atomen út, mar de spesifike hoe te beynfloedzje grafyt nanometer struktuer is net dúdlik, lykas soerstof út koalstofskelet nei hoe by de katode-reaksje, ensfh.,
Op it stuit is it ûndersyk nei it meganisme noch yn 'e earste faze, en fierder ûndersyk is nedich.
1.3 Morfologyske karakterisearring fan syntetyske grafyt
SEM wurdt brûkt om de mikroskopyske oerflakmorfology fan grafyt te observearjen, TEM wurdt brûkt om de strukturele morfology fan minder dan 0,2 μm te observearjen, XRD en Raman-spektroskopy binne de meast brûkte middels om de mikrostruktuer fan grafyt te karakterisearjen, XRD wurdt brûkt om it kristal te karakterisearjen ynformaasje fan grafyt, en Raman spektroskopy wurdt brûkt om te karakterisearjen de mankeminten en oarder graad fan grafyt.
D'r binne in protte poarjes yn 'e grafyt taret troch kathodepolarisaasje fan smelte sâltelektrolyse. Foar ferskate grûnstoffen, lykas koalstofswart elektrolyse, wurde petal-like poreuze nanostruktueren krigen. XRD- en Raman-spektrumanalyse wurde útfierd op it koalstofswart nei elektrolyse.
By 827 ℃, nei't se behannele is mei 2,6V spanning foar 1h, is it Raman-spektrale byld fan koalstofswart hast itselde as dat fan kommersjeel grafyt. Nei't it koalstofswart behannele is mei ferskate temperatueren, wurdt de skerpe grafyt karakteristike pyk (002) mjitten. De diffraksje peak (002) stiet foar de mjitte fan oriïntaasje fan 'e aromaatyske koalstoflaach yn grafyt.
Hoe skerper de koalstoflaach is, hoe mear oriïntearre it is.
Zhu brûkte de suvere mindere stienkoal as de kathode yn it eksperimint, en de mikrostruktuer fan it grafytisearre produkt waard omfoarme fan korrelige nei grutte grafytstruktuer, en de strakke grafytlaach waard ek waarnommen ûnder de hege taryf-transmission-elektronenmikroskoop.
Yn Raman-spektra, mei de feroaring fan eksperimintele betingsten, feroare de ID / Ig-wearde ek. Doe't de elektrolytyske temperatuer 950 ℃ wie, wie de elektrolytyske tiid 6h, en de elektrolytyske spanning wie 2.6V, de leechste ID / Ig-wearde wie 0.3, en de D-peak wie folle leger as de G-peak. Tagelyk, it uterlik fan 2D peak ek fertsjintwurdige de foarming fan tige oardere grafyt struktuer.
De skerpe (002) diffraksje-peak yn 'e XRD-ôfbylding befêstiget ek de suksesfolle konverzje fan inferior stienkoal yn grafyt mei hege kristalliniteit.
Yn it grafitisaasjeproses sil de ferheging fan temperatuer en spanning in befoarderjende rol spylje, mar te hege spanning sil de opbringst fan grafyt ferminderje, en te hege temperatuer of te lange grafitisaasjetiid sil liede ta fergriemen fan boarnen, dus foar ferskate koalstofmaterialen , It is benammen wichtich om te ferkennen de meast geskikte electrolytic betingsten, is ek de fokus en muoite.
Dizze petal-like flake nanostruktuer hat poerbêste elektrogemyske eigenskippen. In grut oantal poarjes tastean ioanen wurde fluch ynfoege / deembedded, it bieden fan hege kwaliteit kathode materialen foar batterijen, ensfh Dêrom is de elektrochemyske metoade grafitization in tige potinsjele grafitization metoade.
Molten sâlt electrodeposition metoade
2.1 Elektrodeposysje fan koaldiokside
As it wichtichste broeikasgas is CO2 ek in net-giftige, harmless, goedkeap en maklik beskikber duorsume boarne. Koalstof yn CO2 is lykwols yn 'e heechste oksidaasjetastân, sadat CO2 hege thermodynamyske stabiliteit hat, wat it dreech makket om opnij te brûken.
It ierste ûndersyk nei CO2-elektrodeposysje kin weromfierd wurde nei de jierren 1960. Ingram et al. mei súkses taret koalstof op gouden elektrodes yn it smelte sâlt systeem fan Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Van et al. wiisde út dat de koalstof poeders krigen op ferskillende reduksje potinsjes hie ferskillende struktueren, ynklusyf grafyt, amorphous koalstof en koalstof nanofibers.
Troch smelte sâlt te fangen CO2 en tarieding metoade fan koalstof materiaal súkses, nei in lange perioade fan ûndersyk wittenskippers hawwe rjochte op koalstof deposition formaasje meganisme en it effekt fan electrolysis betingsten op it úteinlike produkt, dy't omfetsje elektrolytyske temperatuer, electrolytic spanning en de gearstalling fan smelte sâlt en elektroden, ensfh, de tarieding fan hege prestaasjes fan grafyt materialen foar electrodeposition fan CO2 hat lein in solide basis.
Troch it feroarjen fan de electrolyte en it brûken fan CaCl2-basearre smelte sâlt systeem mei hegere CO2 capture effisjinsje, Hu et al. mei súkses taret graphene mei hegere graphitization graad en koalstof nanotubes en oare nanographite struktueren troch bestudearjen electrolytic omstannichheden lykas electrolysis temperatuer, elektrodes gearstalling en smolten sâlt gearstalling.
Yn ferliking mei karbonaatsysteem hat CaCl2 de foardielen fan goedkeap en maklik te krijen, hege konduktiviteit, maklik op te lossen yn wetter, en hegere oplosberens fan soerstofionen, dy't teoretyske betingsten leverje foar de konverzje fan CO2 yn grafytprodukten mei hege tafoege wearde.
2.2 Transformaasje meganisme
De tarieding fan koalstofmaterialen mei hege wearde troch elektrodeposysje fan CO2 út smelte sâlt omfettet benammen CO2-opfang en yndirekte reduksje. It fangen fan CO2 wurdt foltôge troch frije O2- yn gesmolten sâlt, lykas werjûn yn fergeliking (1):
CO2+O2-→CO3 2- (1)
Op it stuit binne trije yndirekte reduksje-reaksjemeganismen foarsteld: ien-stap-reaksje, twa-stap-reaksje en metaalreduksje-reaksjemeganisme.
It ienstapsreaksjemeganisme waard earst foarsteld troch Ingram, lykas werjûn yn fergeliking (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
De twa-stap reaksje meganisme waard foarsteld troch Borucka et al., lykas werjûn yn fergeliking (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
It meganisme fan metalen reduksje reaksje waard foarsteld troch Deanhardt et al. Se leauden dat metaalionen earst yn 'e kathode waarden fermindere ta metaal, en dêrnei waard it metaal fermindere ta karbonat-ionen, lykas werjûn yn fergeliking (5 ~ 6):
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Op it stuit is it ienstapsreaksjemeganisme algemien akseptearre yn 'e besteande literatuer.
Yin et al. studearre it Li-Na-K karbonaat systeem mei nikkel as kathode, tin dioxide as anode en sulveren tried as referinsje elektrode, en krige de cyclic voltammetry test figuer yn figuer 2 (scan rate fan 100 mV / s) by nikkel kathode, en fûn dat der mar ien reduksje pyk (by -2.0V) yn de negative skennen.
Dêrom kin konkludearre wurde dat mar ien reaksje barde tidens de reduksje fan karbonaat.
Gao et al. krige deselde cyclic voltametry yn itselde carbonate systeem.
Ge et al. brûkt inerte anode en wolfraam kathode te fangen CO2 yn de LiCl-Li2CO3 systeem en krige ferlykbere bylden, en allinnich in reduksje peak fan koalstof ôfsetting ferskynde yn de negative skennen.
Yn it alkaline metaal smolten sâltsysteem sille alkalimetalen en CO wurde generearre wylst koalstof wurdt dellein troch de kathode. Om't de termodynamyske omstannichheden fan koalstofôfsettingsreaksje lykwols leger binne by in legere temperatuer, kin allinich de reduksje fan karbonaat nei koalstof yn it eksperimint ûntdutsen wurde.
2.3 CO2-opfang troch smelte sâlt om grafytprodukten te meitsjen
Nanomaterialen fan grafyt mei hege wearde lykas grafeen en koalstof nanotubes kinne wurde taret troch elektrodeposysje fan CO2 út gesmolten sâlt troch eksperimintele omstannichheden te kontrolearjen. Hu et al. brûkt RVS as kathode yn de CaCl2-NaCl-CaO smelte sâlt systeem en electrolyzed foar 4h ûnder de betingst fan 2.6V konstante spanning by ferskillende temperatueren.
Troch de katalyse fan izer en it eksplosive effekt fan CO tusken grafytlagen waard grafeen fûn op it oerflak fan kathode. It tariedingsproses fan grafene wurdt werjûn yn Fig.
De foto
Lettere stúdzjes tafoege Li2SO4 op basis fan CaCl2-NaClCaO smelte sâlt systeem, electrolysis temperatuer wie 625 ℃, nei 4h fan electrolysis, tagelyk yn 'e katodyske ôfsetting fan koalstof fûn graphene en koalstof nanotubes, de stúdzje fûn dat Li + en SO4 2 - om in posityf effekt te bringen op grafitisaasje.
Sulphur is ek mei súkses yntegrearre yn it koalstoflichem, en ultra-tinne grafytblêden en filamentous koalstof kinne wurde krigen troch de elektrolytyske omstannichheden te kontrolearjen.
Materiaal lykas elektrolytyske temperatuer fan heech en leech foar de foarming fan grafeen is kritysk, as de temperatuer heger as 800 ℃ makliker is om CO te generearjen ynstee fan koalstof, hast gjin koalstofôfsetting as heger as 950 ℃, dus de temperatuerkontrôle is ekstreem wichtich te produsearjen graphene en koalstof nanotubes, en weromsette de needsaak koalstof ôfsetting reaksje CO reaksje synergy om te soargjen dat de kathode te generearjen stabile graphene.
Dizze wurken jouwe in nije metoade foar de tarieding fan nano-grafytprodukten troch CO2, wat fan grutte betsjutting is foar de oplossing fan broeikasgassen en tarieding fan grafene.
3. Gearfetting en Outlook
Mei de flugge ûntwikkeling fan nije enerzjy yndustry, natuerlike grafyt hat west net by steat om te foldwaan oan de hjoeddeiske fraach, en keunstmjittige grafyt hat bettere fysike en gemyske eigenskippen as natuerlike grafyt, sa goedkeap, effisjint en miljeufreonlik grafitization is in lange-termyn doel.
Electrochemical metoaden graphitization yn fêste en gasfoarmige grûnstoffen mei de metoade fan katodyske polarisaasje en elektrogemyske ôfsetting wie mei súkses út 'e grafyt materialen mei hege tafoege wearde, ferlike mei de tradisjonele wize fan graphitization, de elektrochemyske metoade is fan hegere effisjinsje, leger enerzjyferbrûk, griene miljeubeskerming, foar lytse beheind troch selektive materialen tagelyk, neffens de ferskillende electrolysis betingsten kinne wurde taret op ferskillende morfology fan grafyt struktuer,
It soarget foar in effektive manier foar alle soarten amorfe koalstof en broeikasgassen wurde omboud ta weardefolle nano-strukturearre grafyt materialen en hat in goed tapassing perspektyf.
Op it stuit is dizze technology yn 'e berneskuon. D'r binne in pear stúdzjes oer grafitisaasje troch elektrogemyske metoade, en d'r binne noch in protte ûnbekende prosessen. Dêrom is it nedich om te begjinnen fan grûnstoffen en fiere in wiidweidich en systematyske stúdzje op ferskate amorphous koalstof, en tagelyk ferkenne de termodynamika en dynamyk fan grafyt omsetting yn in djipper nivo.
Dy hawwe fiergeande betsjutting foar de takomstige ûntwikkeling fan grafyt yndustry.
Post tiid: mei-10-2021