{"id":1414,"date":"2024-01-30T20:54:45","date_gmt":"2024-01-30T12:54:45","guid":{"rendered":"https:\/\/www.battery-material.com\/?p=1414"},"modified":"2024-01-30T20:54:47","modified_gmt":"2024-01-30T12:54:47","slug":"hard-carbon-anode-material-achieves-new-talent-in-energy-storage","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.battery-material.com\/es\/hard-carbon-anode-material-achieves-new-talent-in-energy-storage\/","title":{"rendered":"El material de \u00e1nodo de carbono duro logra un "nuevo talento" en el almacenamiento de energ\u00eda"},"content":{"rendered":"

El carb\u00f3n duro no se grafitizar\u00e1 despu\u00e9s del tratamiento a alta temperatura. Su disposici\u00f3n cristalina interna es desordenada y el espacio entre capas es grande. Esto hace que el \u00e1nodo de carb\u00f3n duro almacene m\u00e1s carga en el mismo volumen. Mejora la densidad de energ\u00eda y la resistencia de las bater\u00edas de iones de sodio. La expansi\u00f3n y contracci\u00f3n del \u00e1nodo de carbono duro son m\u00e1s uniformes durante el proceso de descarga, lo que aumenta su estabilidad c\u00edclica, su rendimiento de carga y descarga y prolonga la vida \u00fatil c\u00edclica de la bater\u00eda de iones de sodio.<\/p>\n\n\n\n

Con la r\u00e1pida expansi\u00f3n de la generaci\u00f3n de energ\u00eda solar, e\u00f3lica y otras energ\u00edas renovables, tambi\u00e9n se est\u00e1 profundizando la investigaci\u00f3n sobre nuevos materiales para bater\u00edas de almacenamiento de energ\u00eda. En la 15\u00aa Exposici\u00f3n Internacional de Tecnolog\u00eda de Bater\u00edas de Shenzhen, China, una empresa lanz\u00f3 una nueva generaci\u00f3n de materiales de \u00e1nodo de carbono duro para bater\u00edas de iones de sodio; su primera eficiencia de carga y descarga puede alcanzar 90%.<\/p>\n\n\n\n

Con los abundantes recursos de sodio de China, las bater\u00edas de iones de sodio se consideran el nuevo tipo de bater\u00eda m\u00e1s adecuado para el almacenamiento de energ\u00eda a gran escala. Se espera que alivien los problemas causados por la escasez de recursos de litio, as\u00ed como la distribuci\u00f3n desigual del limitado desarrollo del almacenamiento de energ\u00eda. En comparaci\u00f3n con otros materiales an\u00f3dicos para bater\u00edas de iones de sodio, \u00bfcu\u00e1les son las ventajas de los materiales de carbono duro? \u00bfCu\u00e1l es el estado del desarrollo de la industria de materiales duros de carbono en China? \u00bfA qu\u00e9 distancia de la aplicaci\u00f3n a gran escala? Todav\u00eda queda un largo camino por recorrer. Con estas preguntas, el reportero del Science and Technology Daily entrevist\u00f3 a los expertos pertinentes.<\/p>\n\n\n\n

El carbono duro es el material an\u00f3dico elegido para las bater\u00edas de iones de sodio<\/h2>\n\n\n\n

La bater\u00eda de iones de sodio se compone principalmente de electrodos positivos, un electrodo negativo, electrolitos, diafragma, etc. Su principio de funcionamiento es similar al de las bater\u00edas de iones de litio. Como cuerpo principal de almacenamiento de sodio en la bater\u00eda, el material del \u00e1nodo de la bater\u00eda de iones de sodio realiza la incorporaci\u00f3n o desconexi\u00f3n de iones de sodio durante el proceso de carga y descarga, por lo que la capacidad de la bater\u00eda se correlaciona positivamente con la capacidad del \u00e1nodo para almacenar. iones de sodio. La selecci\u00f3n de los materiales de los \u00e1nodos juega un papel decisivo en el desarrollo de las bater\u00edas de iones de sodio.<\/p>\n\n\n\n

Zhou Xiangyang, profesor de la Universidad Central Sur, dijo que la clasificaci\u00f3n de los materiales de los \u00e1nodos para las bater\u00edas de iones de sodio se puede dividir aproximadamente en cinco categor\u00edas. En primer lugar, los materiales an\u00f3dicos a base de carbono, incluidos principalmente grafito, carbono amorfo, nanocarbono, etc., de los cuales el carbono amorfo es el que tiene m\u00e1s probabilidades de liderar la industrializaci\u00f3n; en segundo lugar, materiales de \u00e1nodo de aleaci\u00f3n, la capacidad te\u00f3rica es alta, pero el volumen de electrones incrustados en la expansi\u00f3n del sodio es grave y el rendimiento del ciclo es deficiente; en tercer lugar, \u00f3xidos met\u00e1licos y materiales an\u00f3dicos a base de sulfuro, la capacidad te\u00f3rica es alta, pero la conductividad es pobre; cuarto, tipo incrustado de materiales de \u00e1nodo a base de titanio, el volumen de cambio en capacidad peque\u00f1a pero baja; quinto, materiales an\u00f3dicos de base org\u00e1nica, cuyo volumen es bajo; quinto, materiales an\u00f3dicos de base org\u00e1nica, cuyo volumen es bajo. Quinto, los materiales de \u00e1nodo org\u00e1nico tienen bajo costo pero mala conductividad y son f\u00e1ciles de disolver en el electrolito.<\/p>\n\n\n\n

Los materiales an\u00f3dicos a base de carbono tienen una excelente conductividad el\u00e9ctrica y, al mismo tiempo, el m\u00e9todo de preparaci\u00f3n es flexible, econ\u00f3mico y respetuoso con el medio ambiente, por lo que se han convertido en la principal opci\u00f3n de materiales an\u00f3dicos para bater\u00edas de iones de sodio. Entre ellos, los materiales de carbono duro y blando en carbono amorfo se consideran materiales an\u00f3dicos potenciales para bater\u00edas de iones de sodio. El carbono blando se refiere al carbono que se puede grafitizar despu\u00e9s de un tratamiento a alta temperatura, que generalmente se obtiene procesando y fabricando antracita de bajo costo como precursor. Aun as\u00ed, tiene una baja capacidad espec\u00edfica de almacenamiento de sodio, una velocidad de carga lenta y un rendimiento deficiente a bajas temperaturas.<\/p>\n\n\n\n

El carbono duro es carbono que no se grafitizar\u00e1 despu\u00e9s del tratamiento a alta temperatura; su disposici\u00f3n de cristal interno es desordenada y el espacio entre capas es grande, lo que hace que el \u00e1nodo de carbono duro almacene m\u00e1s carga en el mismo volumen y mejora la densidad de energ\u00eda y la resistencia de la bater\u00eda. Debido a que la estructura de poros del carbono duro es m\u00e1s grande, puede contener m\u00e1s iones de sodio. Por lo tanto, el electrodo se expande y contrae de manera m\u00e1s uniforme durante el proceso de descarga, lo que aumenta la estabilidad c\u00edclica y el rendimiento de carga\/descarga del \u00e1nodo de carbono duro y extiende la vida \u00fatil c\u00edclica de la bater\u00eda de iones de sodio.<\/p>\n\n\n\n

Zhou Xiangyang dijo que al comparar el rendimiento de diferentes tipos de materiales de \u00e1nodos de carbono, se puede encontrar que el carbono duro es la soluci\u00f3n preferida de materiales de \u00e1nodos para la comercializaci\u00f3n de bater\u00edas de iones de sodio y se espera que tome la delantera en la industrializaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

La biomasa se generaliza en la preparaci\u00f3n de materiales de carbono duro<\/h2>\n\n\n\n

"Las fuentes de materias primas y precursores de carbono duro son abundantes, y la selecci\u00f3n de precursores y la acumulaci\u00f3n de tecnolog\u00eda de proceso son factores clave en el desarrollo de materiales de \u00e1nodos de carbono duro". Dijo Zhou Xiangyang.<\/p>\n\n\n\n

\"Materiales
Materiales de \u00e1nodo compuestos de carbono duro\/grafito<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Los precursores para preparar materiales de carbono duro son com\u00fanmente biomasa, pol\u00edmeros sint\u00e9ticos, combustibles f\u00f3siles, etc. Los materiales de carbono duro preparados por diferentes precursores tienen diferencias de rendimiento significativas, y la composici\u00f3n de costos de los materiales de carbono duro tambi\u00e9n es significativamente diferente debido a las diferentes fuentes de Materias primas para precursores. Entre ellos, la biomasa tiene una amplia gama de fuentes de materias primas, como c\u00e1scaras de coco, c\u00e1scaras de frutas, c\u00e1scaras de pomelo, tejidos vegetales y animales, etc. El costo es relativamente bajo, lo que la convierte en la primera opci\u00f3n para la preparaci\u00f3n de materiales de carbono duro. Actualmente. Los pol\u00edmeros sint\u00e9ticos incluyen principalmente resinas fen\u00f3licas, poliacrilonitrilo y otros materiales sintetizados qu\u00edmicamente, que tienen buenas propiedades electroqu\u00edmicas, materias primas controlables y buena consistencia del producto, pero a un costo mayor. Los combustibles f\u00f3siles incluyen principalmente asfalto, alquitr\u00e1n de hulla y mezclas relacionadas, con un bajo costo proveniente de una amplia gama de fuentes de materias primas pero con una menor capacidad de producci\u00f3n. Debido a las sustancias altamente vol\u00e1tiles contenidas en el asfalto, etc., durante el proceso de producci\u00f3n se requiere un tratamiento adicional de los gases de escape y de las aguas residuales, lo que aumenta el coste de producci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

En la actualidad, el proceso de preparaci\u00f3n de carbono duro es multiplexado y constantemente hay electrodo negativo de carbono duro<\/a> materiales que se est\u00e1n desarrollando. Por ejemplo, un equipo dirigido por Chen Chengmeng, investigador del Instituto Shanxi de Qu\u00edmica del Carb\u00f3n de la Academia de Ciencias de China, prepar\u00f3 almid\u00f3n en materiales de electrodos duros con carbono negativo mediante una reacci\u00f3n qu\u00edmica, y sus resultados se publicaron en la revista acad\u00e9mica Energy Storage. Materiales.<\/p>\n\n\n\n

\u00bfC\u00f3mo se prepara el almid\u00f3n para convertirlo en carb\u00f3n duro? El proceso se puede dividir a grandes rasgos en tres pasos: en primer lugar, el uso de almid\u00f3n de ma\u00edz y anh\u00eddrido maleico para preparar un almid\u00f3n esterificado rico en ox\u00edgeno; y luego en el reactor se introduce una mezcla de gas hidr\u00f3geno y arg\u00f3n, y almid\u00f3n esterificado para la reacci\u00f3n de reducci\u00f3n de hidr\u00f3geno, utiliz\u00e1ndose el producto de reacci\u00f3n almid\u00f3n como precursor del producto final; finalmente arg\u00f3n como gas protector, precursor del almid\u00f3n a 1100 \u2103 para la reacci\u00f3n de carbonizaci\u00f3n a alta temperatura, para completar la preparaci\u00f3n del material de carbono duro.<\/p>\n\n\n\n

El equipo de Chen Chengmeng tambi\u00e9n logr\u00f3 la regulaci\u00f3n de la microestructura del carbono duro cambiando la temperatura de reacci\u00f3n en el horno tubular y ajustando el contenido de ox\u00edgeno en el precursor del producto de reacci\u00f3n, confirmando el efecto del contenido de ox\u00edgeno en las propiedades electroqu\u00edmicas de los materiales de \u00e1nodo de carbono duro. .<\/p>\n\n\n\n

Chen Chengmeng enfatiz\u00f3 que aunque la investigaci\u00f3n del equipo ha sentado las bases para el desarrollo posterior de materiales de carbono duro de alto rendimiento, la microestructura y las propiedades electroqu\u00edmicas de los materiales a\u00fan deben explorarse en profundidad.<\/p>\n\n\n\n

Adem\u00e1s, el profesor Yongyao Xia y otros de la Universidad de Fudan sumergieron secuencialmente el material de biomasa de la c\u00e1scara en una soluci\u00f3n hidroalcoh\u00f3lica y una soluci\u00f3n de \u00e1cido sulf\u00farico y lo agitaron para obtener la suspensi\u00f3n; luego, la suspensi\u00f3n se dispers\u00f3 en agua, se filtr\u00f3 y se sec\u00f3 para obtener el precursor. Calentaron el precursor bajo protecci\u00f3n de gas inerte para la precarbonizaci\u00f3n, lo enfriaron y lo molieron con bolas para obtener polvo de precarbono. Calentaron el polvo de precarbono bajo protecci\u00f3n de gas inerte para la carbonizaci\u00f3n a alta temperatura, lo enfriaron y obtuvieron materiales de \u00e1nodo de carb\u00f3n duro de biomasa altamente eficientes para bater\u00edas de iones de sodio.<\/p>\n\n\n\n

El tama\u00f1o del mercado de la industria de materiales de electrodos negativos de carbono duro seguir\u00e1 creciendo<\/h2>\n\n\n\n

Las bater\u00edas de iones de sodio se han convertido en un punto candente para la investigaci\u00f3n y la industrializaci\u00f3n en el pa\u00eds y en el extranjero. La Comisi\u00f3n Nacional de Desarrollo y Reforma, la Junta Nacional de Energ\u00eda y otros nueve departamentos emitieron el \u201c14\u00ba Plan Quinquenal de Desarrollo de Energ\u00edas Renovables\u201d, que presenta reservas de investigaci\u00f3n y desarrollo para bater\u00edas de iones de sodio, bater\u00edas de metal l\u00edquido y bater\u00edas de iones de litio de estado s\u00f3lido. bater\u00edas, bater\u00edas de metal-aire, bater\u00edas de litio-azufre y otras tecnolog\u00edas de almacenamiento de energ\u00eda de alta densidad energ\u00e9tica.<\/p>\n\n\n\n

Zhou Xiangyang dijo que en la actualidad, los investigadores de los mecanismos de almacenamiento de sodio y carbono duro propusieron una variedad de modelos, pero su mecanismo de almacenamiento de sodio a\u00fan no ha alcanzado una comprensi\u00f3n unificada. Por lo tanto, se necesita m\u00e1s investigaci\u00f3n para revelar la relaci\u00f3n constitutiva entre los materiales de carbono duro y el mecanismo de reacci\u00f3n electroqu\u00edmica para proporcionar orientaci\u00f3n te\u00f3rica y base cient\u00edfica para mejorar el rendimiento del carbono duro. Adem\u00e1s, tambi\u00e9n es necesario explorar m\u00e1s a fondo los efectos de los par\u00e1metros f\u00edsicos de los materiales de carbono duro, como el tama\u00f1o de las part\u00edculas, la densidad de vibraci\u00f3n y la carga de masa, sobre el rendimiento electroqu\u00edmico para mejorar sin\u00e9rgicamente el rendimiento de los materiales cuando se utilizan en Sistemas de bater\u00edas de iones de sodio.<\/p>\n\n\n\n

El \u201cInforme de an\u00e1lisis de perspectivas de inversi\u00f3n y estudio especial del mercado de la industria de \u00e1nodos de carbono duro de China 2023-2029\u201d publicado por Beijing Wisdom Research Consulting Co., Ltd. se\u00f1ala que con el apoyo nacional para el desarrollo de veh\u00edculos y equipos de almacenamiento de energ\u00eda de nueva energ\u00eda, el La escala de mercado de la industria de materiales de \u00e1nodos de carbono duro de China crecer\u00e1 a\u00fan m\u00e1s. Seg\u00fan el pron\u00f3stico del mercado, en 2025, el tama\u00f1o del mercado de la industria de materiales de electrodos negativos de carbono duro de China alcanzar\u00e1 los 8.650 millones de yuanes, y la tasa de crecimiento anual promedio de la industria de materiales de electrodos negativos de carbono duro en los pr\u00f3ximos cinco a\u00f1os alcanzar\u00e1 15,3%.<\/p>\n\n\n\n

En la actualidad, debido al tiempo de desarrollo relativamente corto de la industria nacional de materiales de electrodos negativos de carbono duro, la mayor\u00eda de las empresas e instituciones de investigaci\u00f3n todav\u00eda se encuentran en la etapa de investigaci\u00f3n, desarrollo y optimizaci\u00f3n de tecnolog\u00eda. Sin embargo, los principales fabricantes nacionales est\u00e1n iniciando activamente la producci\u00f3n de materiales duros para electrodos con carbono negativo. En abril de este a\u00f1o, Guangdong Rong Sodium New Energy Technology Co., Ltd. anunci\u00f3 que su producci\u00f3n anual de 10.000 toneladas de proyecto de producci\u00f3n de precursores de material de \u00e1nodo de carbono duro se puso oficialmente en producci\u00f3n en el parque industrial de grafito y grafeno de la ciudad de Yong'an. Provincia de Fujian, que utiliza principalmente biomasa de origen vegetal como materia prima. Por su parte, Ningbo Sugo Co., Ltd. dijo que los materiales de \u00e1nodo de carbono duro aplicados a las bater\u00edas de iones de sodio han logrado ventas por tonelaje en China, y se espera que la escala de producci\u00f3n en masa alcance las 1.000 toneladas este a\u00f1o.<\/p>\n\n\n\n

Ye Yindan, investigador del Instituto de Investigaci\u00f3n del Banco de China, cree que las bater\u00edas de iones de sodio son mejores que las bater\u00edas el\u00e9ctricas de litio en t\u00e9rminos de baja temperatura, seguridad, carga r\u00e1pida y otros indicadores de rendimiento. Sin embargo, todav\u00eda hay margen de mejora en su densidad energ\u00e9tica, ciclo de vida, etc. Sin embargo, considerando la rica fuente de materiales, todav\u00eda existe un gran potencial de desarrollo. Con el avance de las tecnolog\u00edas clave de las bater\u00edas de iones de sodio, como los materiales de \u00e1nodo de carbono duro, y el r\u00e1pido crecimiento de la demanda de almacenamiento de energ\u00eda, el escenario de aplicaci\u00f3n y la escala de las bater\u00edas de iones de sodio tambi\u00e9n se desarrollar\u00e1n r\u00e1pidamente.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

El carb\u00f3n duro no se grafitizar\u00e1 despu\u00e9s del tratamiento a alta temperatura. Su disposici\u00f3n cristalina interna es desordenada y el espacio entre capas es grande. Esto hace que el \u00e1nodo de carb\u00f3n duro almacene m\u00e1s carga en el mismo volumen. Mejora la densidad de energ\u00eda y la resistencia de las bater\u00edas de iones de sodio. 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