Carbone attivo poroso: il campione sconosciuto delle batterie-allo stato solido

Nel sistema materiale delle batterie allo stato solido-, i materiali anodici si assumono le principali responsabilità di stoccaggio e rilascio dell'energia per le batterie agli ioni di litio-, esercitando un impatto vitale sul miglioramento delle prestazioni complessive delle batterie al litio. Tuttavia, gli anodi di grafite convenzionali non sono più in grado di soddisfare la crescente domanda di elevata densità di energia nelle batterie-allo stato solido. Di conseguenza, i materiali a base di silicio- con una densità energetica teorica più elevata sono diventati un passo avanti fondamentale per superare il collo di bottiglia della densità energetica delle batterie.

 

Nonostante i notevoli vantaggi degli anodi a base di silicio-in termini di capacità specifica, essi devono ancora affrontare notevoli limitazioni nelle applicazioni pratiche. Il silicio subisce un'espansione di volume fino al 300% durante la carica e la scarica. Questo fenomeno non solo provoca la polverizzazione delle particelle di silicio ed il loro distacco dai collettori di corrente, ma innesca anche continue reazioni tra silicio ed elettroliti, generando fenomeni instabili e progressivamente addensantiInterfase elettrolitica solida (SEI)film. In definitiva, il ciclo di vita delle batterie diminuisce drasticamente, il che è diventato un grave collo di bottiglia che limita l'applicazione su larga-scala degli anodi a base di silicio-.

 

 

L'emergere del carbone attivo poroso fornisce una soluzione efficace alle sfide principali degli anodi a base di silicio- di cui sopra. Attraverso molteplici effetti sinergici, il carbone attivo poroso risolve fondamentalmente i colli di bottiglia applicativi degli anodi a base di silicio-, che si riflettono nei seguenti tre aspetti:

• Innanzitutto, il buffering strutturale e l’assorbimento dello stress.Caratterizzato da una struttura di pori interconnessi tridimensionali e da un'eccellente tenacità, il carbone attivo poroso può sopportare e disperdere efficacemente l'enorme stress generato dall'espansione del silicio durante i cicli di carica e scarica. Inibisce la propagazione delle cricche sulle particelle di silicio e ne previene la polverizzazione ed il distacco.
• In secondo luogo, deposizione uniforme e controllo dell'espansione.L'abbondante volume dei pori e la struttura gerarchica dei pori forniscono siti di deposizione uniformi per le particelle di nano-silicio, il che allevia efficacemente l'agglomerazione delle particelle di silicio. Nel frattempo, lo spazio di espansione riservato sufficiente riduce drasticamente il tasso di espansione del volume degli anodi di silicio-carbonio.
• Terzo, conduzione elettrica e trasporto ionico efficienti.Lo stesso carbone attivo poroso possiede un'eccezionale conduttività elettrica e la sua rete continua di carbonio crea percorsi senza ostacoli per la trasmissione degli elettroni.

 

Inoltre, regolando parametri quali la dimensione dei pori e l'area superficiale specifica, il carbone attivo poroso può ottimizzare il legame interfacciale tra silicio e carbonio e frenare la crescita eccessiva dei film SEI, migliorando così ulteriormente la stabilità del ciclo e la durata degli anodi di silicio-carbonio.

 

Lungi dall'essere un materiale ausiliario minore nei sistemi di batterie a stato solido-, il carbone attivo poroso occupa una posizione centrale insostituibile nei sistemi di anodi di silicio-carbonio. Funge da materiale di supporto fondamentale che guida l'industrializzazione degli anodi di silicio-carbonio dalla ricerca di laboratorio alla produzione commerciale e facilita il salto di prestazioni delle batterie a stato solido-.

 

Allo stato attuale, le materie prime per il carbone attivo poroso si dividono principalmente in tre categorie, ciascuna con caratteristiche distinte in termini di prestazioni, costo e maturità tecnologica:

• Carbone attivo poroso a base di resina-Adottando materie prime come la resina fenolica, è attualmente la scelta principale per gli anodi di silicio-carbonio di fascia alta. Vanta un'elevata area superficiale specifica, un ampio volume dei pori e prestazioni superiori, ma è ostacolato dagli elevati costi delle materie prime e da una conduttività elettrica relativamente bassa.
• Carbone attivo poroso a base di biomassa-Prodotto da risorse rinnovabili tra cui amido e gusci di cocco, questo tipo di carbone attivo poroso presenta abbondanti fonti di materie prime e costi bassi. Tuttavia, la sua area superficiale specifica e la struttura dei pori sono inferiori a quelle del carbone attivo poroso a base di resina-.
• Carbone attivo poroso a base di pece-Prodotto da pece di catrame di carbone e pece di petrolio, mostra un grande potenziale nel controllo dei costi e nella conduttività elettrica. Tuttavia, la tecnologia per il controllo preciso della dimensione dei pori rimane immatura e richiede ulteriori progressi tecnici.

 

 

Con il continuo progresso dell'industrializzazione delle batterie allo stato solido-, il carbone attivo poroso, come materiale di base perAnodi di silicio-carbonio CVD, assisteranno a una forte crescita della domanda di mercato insieme all'applicazione su larga-scala degli anodi di silicio-carbonio. Si prevede che la domanda di carbone attivo poroso raggiungerà le 48.500 tonnellate nel 2030, creando un mercato del valore di oltre 7 miliardi di RMB, con un tasso di crescita annuo composto del 77,36% dal 2024 al 2030.

 

In questo contesto, l’industria del carbone attivo poroso è entrata in un periodo d’oro di sviluppo. La nostra azienda è lal'unica impresa nazionale che ha realizzato la produzione di massa di carbone attivo poroso a base di biomassa-, rompendo il-monopolio a lungo termine della giapponese Kuraray in questo campo. Adottiamo un processo di attivazione fisica e chimica integrato, che garantisce un consumo energetico inferiore rispetto ai concorrenti del settore. Attualmente, la nostra capacità produttiva commissionata di carbone attivo poroso è di 500 tonnellate all’anno, mentre si prevede che il progetto di costruzione in corso con una capacità di 2.000 tonnellate all’anno sarà pienamente operativo entro la fine di maggio 2026.

 

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