{"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\/pt\/hard-carbon-anode-material-achieves-new-talent-in-energy-storage\/","title":{"rendered":"Material de \u00e2nodo de carbono duro alcan\u00e7a \u201cnovo talento\u201d em armazenamento de energia"},"content":{"rendered":"

O carbono duro n\u00e3o grafitiza ap\u00f3s tratamento em alta temperatura. Seu arranjo cristalino interno \u00e9 desordenado e o espa\u00e7amento entre camadas \u00e9 grande. Isso faz com que o \u00e2nodo de carbono duro armazene mais carga no mesmo volume. Melhora a densidade de energia e a resist\u00eancia das baterias de \u00edon de s\u00f3dio. A expans\u00e3o e contra\u00e7\u00e3o do \u00e2nodo de carbono duro s\u00e3o mais uniformes durante o processo de descarga, o que aumenta sua estabilidade de ciclagem, desempenho de carga e descarga e prolonga a vida \u00fatil de ciclagem da bateria de \u00edon de s\u00f3dio.<\/p>\n\n\n\n

Com a r\u00e1pida expans\u00e3o da gera\u00e7\u00e3o de energia solar, e\u00f3lica e outras energias renov\u00e1veis, a investiga\u00e7\u00e3o sobre novos materiais para baterias de armazenamento de energia tamb\u00e9m est\u00e1 a aprofundar-se. Na 15\u00aa Exposi\u00e7\u00e3o Internacional de Tecnologia de Baterias de Shenzhen, China, uma empresa lan\u00e7ou uma nova gera\u00e7\u00e3o de materiais de \u00e2nodo de carbono duro para baterias de \u00edons de s\u00f3dio; sua primeira efici\u00eancia de carga e descarga pode chegar a 90%.<\/p>\n\n\n\n

Com os abundantes recursos de s\u00f3dio da China, as baterias de \u00edons de s\u00f3dio s\u00e3o consideradas o novo tipo de bateria mais adequado para armazenamento de energia em grande escala. Espera-se que aliviem os problemas causados pela escassez de recursos de l\u00edtio, bem como pela distribui\u00e7\u00e3o desigual do desenvolvimento limitado do armazenamento de energia. Comparado com outros materiais an\u00f3dicos para baterias de \u00edon de s\u00f3dio, quais s\u00e3o as vantagens dos materiais de carbono duro? Qual \u00e9 a situa\u00e7\u00e3o do desenvolvimento da ind\u00fastria de materiais de carbono duro na China? A que dist\u00e2ncia da aplica\u00e7\u00e3o em grande escala? H\u00e1 ainda um longo caminho a percorrer. Com essas perguntas, o rep\u00f3rter do Science and Technology Daily entrevistou os especialistas relevantes.<\/p>\n\n\n\n

Carbono duro \u00e9 o material an\u00f3dico preferido para baterias de \u00edon de s\u00f3dio<\/h2>\n\n\n\n

A bateria de \u00edon de s\u00f3dio \u00e9 composta principalmente de eletrodos positivos, eletrodo negativo, eletr\u00f3litos, diafragma, etc. Seu princ\u00edpio de funcionamento \u00e9 semelhante ao das baterias de \u00edon de l\u00edtio. Como o corpo principal de armazenamento de s\u00f3dio na bateria, o material do \u00e2nodo da bateria de \u00edon de s\u00f3dio realiza a incorpora\u00e7\u00e3o ou desengajamento de \u00edons de s\u00f3dio durante o processo de carga e descarga, de modo que a capacidade da bateria est\u00e1 positivamente correlacionada com a capacidade do \u00e2nodo de armazenar \u00edons de s\u00f3dio. A sele\u00e7\u00e3o dos materiais an\u00f3dicos tem um papel decisivo no desenvolvimento de baterias de \u00edons de s\u00f3dio.<\/p>\n\n\n\n

Zhou Xiangyang, professor da Universidade Central Sul, disse que a classifica\u00e7\u00e3o dos materiais an\u00f3dicos para baterias de \u00edon de s\u00f3dio pode ser dividida em cinco categorias. Em primeiro lugar, os materiais an\u00f3dicos \u00e0 base de carbono, incluindo principalmente grafite, carbono amorfo, nanocarbono, etc., dos quais o carbono amorfo \u00e9 o que tem maior probabilidade de assumir a lideran\u00e7a na industrializa\u00e7\u00e3o; em segundo lugar, materiais de \u00e2nodo de liga, a capacidade te\u00f3rica \u00e9 alta, mas o volume de el\u00e9trons incorporados na expans\u00e3o do s\u00f3dio \u00e9 s\u00e9rio e o desempenho do ciclo \u00e9 ruim; terceiro, \u00f3xidos met\u00e1licos e materiais an\u00f3dicos \u00e0 base de sulfeto, a capacidade te\u00f3rica \u00e9 alta, mas a condutividade \u00e9 baixa; quarto, tipo incorporado de materiais an\u00f3dicos \u00e0 base de tit\u00e2nio, o volume de mudan\u00e7a em pequena, mas baixa capacidade; quinto, materiais an\u00f3dicos de base org\u00e2nica, cujo volume \u00e9 baixo; quinto, materiais an\u00f3dicos de base org\u00e2nica, cujo volume \u00e9 baixo. Quinto, os materiais an\u00f3dicos org\u00e2nicos t\u00eam baixo custo, mas baixa condutividade e s\u00e3o f\u00e1ceis de dissolver no eletr\u00f3lito.<\/p>\n\n\n\n

Os materiais an\u00f3dicos \u00e0 base de carbono t\u00eam excelente condutividade el\u00e9trica e, ao mesmo tempo, o m\u00e9todo de prepara\u00e7\u00e3o \u00e9 flex\u00edvel, de baixo custo e ecologicamente correto, por isso se tornaram a principal escolha de materiais an\u00f3dicos para baterias de \u00edon de s\u00f3dio. Entre eles, materiais de carbono duro e carbono macio em carbono amorfo s\u00e3o considerados potenciais materiais an\u00f3dicos para baterias de \u00edons de s\u00f3dio. Carbono macio refere-se ao carbono que pode ser grafitado ap\u00f3s tratamento em alta temperatura, que geralmente \u00e9 obtido pelo processamento e fabrica\u00e7\u00e3o de antracito de baixo custo como precursor. Ainda assim, tem baixa capacidade espec\u00edfica para armazenamento de s\u00f3dio, velocidade de carregamento lenta e baixo desempenho em baixas temperaturas.<\/p>\n\n\n\n

Carbono duro \u00e9 carbono que n\u00e3o ser\u00e1 grafitado ap\u00f3s tratamento em alta temperatura; seu arranjo interno de cristal \u00e9 desordenado e o espa\u00e7amento entre camadas \u00e9 grande, o que faz com que o \u00e2nodo de carbono duro armazene mais carga no mesmo volume e melhora a densidade de energia e a resist\u00eancia da bateria. Como a estrutura dos poros do carbono duro \u00e9 maior, ele pode reter mais \u00edons de s\u00f3dio. Conseq\u00fcentemente, o eletrodo se expande e contrai mais uniformemente durante o processo de descarga, o que aumenta a estabilidade do ciclo e o desempenho de carga\/descarga do \u00e2nodo de carbono duro e prolonga a vida \u00fatil do ciclo da bateria de \u00edon de s\u00f3dio.<\/p>\n\n\n\n

Zhou Xiangyang disse que, comparando o desempenho de diferentes tipos de materiais an\u00f3dicos de carbono, pode-se descobrir que o carbono duro \u00e9 a solu\u00e7\u00e3o preferida de materiais an\u00f3dicos para a comercializa\u00e7\u00e3o de baterias de \u00edon de s\u00f3dio e dever\u00e1 assumir a lideran\u00e7a na industrializa\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n

A biomassa se torna popular na prepara\u00e7\u00e3o de materiais de carbono duro<\/h2>\n\n\n\n

\u201cOs precursores de carbono duro e as fontes de mat\u00e9ria-prima s\u00e3o abundantes, e a sele\u00e7\u00e3o de precursores e o ac\u00famulo de tecnologia de processo s\u00e3o fatores-chave no desenvolvimento de materiais an\u00f3dicos de carbono duro.\u201d Zhou Xiangyang disse.<\/p>\n\n\n\n

\"Materiais
Materiais de \u00e2nodo composto de carbono\/grafite duro<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Os precursores para a prepara\u00e7\u00e3o de materiais de carbono duro s\u00e3o geralmente biomassa, pol\u00edmeros sint\u00e9ticos, combust\u00edveis f\u00f3sseis, etc. Os materiais de carbono duro preparados por diferentes precursores t\u00eam diferen\u00e7as significativas de desempenho, e a composi\u00e7\u00e3o de custos dos materiais de carbono duro tamb\u00e9m \u00e9 significativamente diferente devido \u00e0s diferentes fontes de mat\u00e9rias-primas para precursores. Dentre elas, a biomassa possui uma ampla gama de fontes de mat\u00e9ria-prima, como cascas de coco, cascas de frutas, cascas de toranja, tecidos vegetais e animais, etc. O custo \u00e9 relativamente baixo, o que a torna a primeira escolha para a prepara\u00e7\u00e3o de materiais de carbono duro. Atualmente. Os pol\u00edmeros sint\u00e9ticos incluem principalmente resinas fen\u00f3licas, poliacrilonitrila e outros materiais sintetizados quimicamente, que possuem boas propriedades eletroqu\u00edmicas, mat\u00e9rias-primas control\u00e1veis e boa consist\u00eancia do produto, mas com custo mais elevado. Os combust\u00edveis f\u00f3sseis incluem principalmente asfalto, alcatr\u00e3o de carv\u00e3o e misturas relacionadas, com baixo custo proveniente de uma ampla gama de fontes de mat\u00e9rias-primas, mas com menor capacidade de produ\u00e7\u00e3o. Devido \u00e0s subst\u00e2ncias altamente vol\u00e1teis contidas no asfalto, etc., s\u00e3o necess\u00e1rios gases de escape adicionais e tratamento de \u00e1guas residuais durante o processo de produ\u00e7\u00e3o, aumentando assim o custo de produ\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n

Atualmente, o processo de prepara\u00e7\u00e3o de carbono duro \u00e9 multiplexado e h\u00e1 constantemente eletrodo negativo de carbono duro<\/a> materiais que est\u00e3o sendo desenvolvidos. Por exemplo, uma equipe liderada por Chen Chengmeng, pesquisador do Instituto Shanxi de Qu\u00edmica do Carv\u00e3o, da Academia Chinesa de Ci\u00eancias, preparou amido em materiais duros de eletrodos com carbono negativo por meio de uma rea\u00e7\u00e3o qu\u00edmica, e seus resultados foram publicados na revista acad\u00eamica Energy Storage. Materiais.<\/p>\n\n\n\n

Como voc\u00ea transforma o amido em carbono duro? O processo pode ser dividido aproximadamente em tr\u00eas etapas: em primeiro lugar, a utiliza\u00e7\u00e3o de amido de milho e anidrido maleico para preparar um amido esterificado rico em oxig\u00eanio; e ent\u00e3o na entrada do reator mistura de hidrog\u00eanio e g\u00e1s arg\u00f4nio, e amido esterificado para rea\u00e7\u00e3o de redu\u00e7\u00e3o de hidrog\u00eanio, o produto da rea\u00e7\u00e3o amido utilizado como precursor do produto final; finalmente, o arg\u00f4nio como g\u00e1s protetor, o precursor do amido a 1100 \u2103 para a rea\u00e7\u00e3o de carboniza\u00e7\u00e3o em alta temperatura, para completar a prepara\u00e7\u00e3o do material de carbono duro.<\/p>\n\n\n\n

A equipe de Chen Chengmeng tamb\u00e9m realizou a regula\u00e7\u00e3o da microestrutura do carbono duro, alterando a temperatura de rea\u00e7\u00e3o no forno tubular e ajustando o teor de oxig\u00eanio no precursor do produto de rea\u00e7\u00e3o, confirmando o efeito do teor de oxig\u00eanio nas propriedades eletroqu\u00edmicas dos materiais an\u00f3dicos de carbono duro. .<\/p>\n\n\n\n

Chen Chengmeng enfatizou que, embora a pesquisa da equipe tenha lan\u00e7ado as bases para o desenvolvimento subsequente de materiais de carbono duro de alto desempenho, a microestrutura e as propriedades eletroqu\u00edmicas dos materiais ainda precisam ser exploradas em profundidade.<\/p>\n\n\n\n

Al\u00e9m disso, o professor Yongyao Xia e outros da Universidade Fudan imergiram sequencialmente o material de biomassa da casca em uma solu\u00e7\u00e3o hidroalco\u00f3lica e uma solu\u00e7\u00e3o de \u00e1cido sulf\u00farico e agitaram-no para obter a suspens\u00e3o; em seguida, a suspens\u00e3o foi dispersa em \u00e1gua, filtrada e seca para obten\u00e7\u00e3o do precursor. Eles aqueceram o precursor sob prote\u00e7\u00e3o de g\u00e1s inerte para pr\u00e9-carboniza\u00e7\u00e3o, resfriaram-no e moeram-no para obter p\u00f3 de pr\u00e9-carbono. Eles aqueceram o p\u00f3 de pr\u00e9-carbono sob prote\u00e7\u00e3o de g\u00e1s inerte para carboniza\u00e7\u00e3o em alta temperatura, resfriaram-no e obtiveram materiais de \u00e2nodo de carbono duro de biomassa altamente eficientes para baterias de \u00edon de s\u00f3dio.<\/p>\n\n\n\n

O tamanho do mercado da ind\u00fastria de materiais de eletrodo negativo de carbono duro continuar\u00e1 a crescer<\/h2>\n\n\n\n

As baterias de \u00edon de s\u00f3dio tornaram-se um ponto importante para pesquisa e industrializa\u00e7\u00e3o no pa\u00eds e no exterior. A Comiss\u00e3o Nacional de Desenvolvimento e Reforma, o Conselho Nacional de Energia e nove outros departamentos emitiram o \u201c14\u00ba Plano Quinquenal\u201d de Desenvolvimento de Energia Renov\u00e1vel, que apresenta reservas de pesquisa e desenvolvimento para baterias de \u00edon de s\u00f3dio, baterias de metal l\u00edquido, baterias de \u00edon de l\u00edtio de estado s\u00f3lido baterias, baterias de metal-ar, baterias de l\u00edtio-enxofre e outras tecnologias de armazenamento de energia de alta densidade energ\u00e9tica.<\/p>\n\n\n\n

Zhou Xiangyang disse que, atualmente, os pesquisadores de mecanismos de armazenamento de carbono duro e s\u00f3dio propuseram uma variedade de modelos, mas seu mecanismo de armazenamento de s\u00f3dio ainda n\u00e3o atingiu um entendimento unificado. Portanto, mais pesquisas s\u00e3o necess\u00e1rias para revelar a rela\u00e7\u00e3o constitutiva entre os materiais de carbono duro e o mecanismo de rea\u00e7\u00e3o eletroqu\u00edmica para fornecer orienta\u00e7\u00e3o te\u00f3rica e base cient\u00edfica para melhorar o desempenho do carbono duro. Al\u00e9m disso, os efeitos dos par\u00e2metros f\u00edsicos dos materiais de carbono duro, como tamanho das part\u00edculas, densidade de vibra\u00e7\u00e3o e carga de massa, no desempenho eletroqu\u00edmico tamb\u00e9m precisam ser mais explorados, a fim de melhorar sinergicamente o desempenho dos materiais quando s\u00e3o usados em sistemas de bateria de \u00edon de s\u00f3dio.<\/p>\n\n\n\n

A \u201cPesquisa Especial do Mercado da Ind\u00fastria de \u00c2nodos de Carbono Duro da China e Relat\u00f3rio de An\u00e1lise de Perspectivas de Investimento 2023-2029\u201d divulgada pela Beijing Wisdom Research Consulting Co., Ltd. aponta que com o apoio nacional para o desenvolvimento de novos ve\u00edculos de energia e equipamentos de armazenamento de energia, o a escala de mercado da ind\u00fastria de materiais an\u00f3dicos de carbono duro da China crescer\u00e1 ainda mais. De acordo com a previs\u00e3o do mercado, em 2025, o tamanho do mercado da ind\u00fastria de materiais para eletrodos negativos de carbono duro da China atingir\u00e1 8,65 bilh\u00f5es de yuans, e a taxa m\u00e9dia de crescimento anual da ind\u00fastria de materiais para eletrodos negativos de carbono duro nos pr\u00f3ximos cinco anos alcan\u00e7ar\u00e1 15,3%.<\/p>\n\n\n\n

Atualmente, devido ao tempo de desenvolvimento relativamente curto da ind\u00fastria nacional de materiais para eletrodos negativos de carbono duro, a maioria das empresas e institui\u00e7\u00f5es de pesquisa ainda est\u00e3o no est\u00e1gio de pesquisa, desenvolvimento e otimiza\u00e7\u00e3o de tecnologia. No entanto, os principais fabricantes nacionais est\u00e3o ativamente planejando a produ\u00e7\u00e3o de materiais duros para eletrodos com carbono negativo. Em abril deste ano, Guangdong Rong Sodium New Energy Technology Co., Ltd. anunciou que sua produ\u00e7\u00e3o anual de 10.000 toneladas de projeto de produ\u00e7\u00e3o de precursor de material an\u00f3dico de carbono duro foi oficialmente colocada em produ\u00e7\u00e3o no parque industrial de grafite e grafeno da cidade de Yong'an, Prov\u00edncia de Fujian, que utiliza principalmente biomassa vegetal como mat\u00e9ria-prima. Por sua vez, a Ningbo Sugo Co., Ltd. disse que os materiais de \u00e2nodo de carbono duro aplicados \u00e0s baterias de \u00edon de s\u00f3dio alcan\u00e7aram vendas em tonelagem na China, e espera-se que a escala de produ\u00e7\u00e3o em massa atinja 1.000 toneladas este ano.<\/p>\n\n\n\n

Ye Yindan, pesquisador do Instituto de Pesquisa do Banco da China, acredita que as baterias de \u00edon de s\u00f3dio s\u00e3o melhores do que as baterias eletr\u00f4nicas de l\u00edtio em termos de baixa temperatura, seguran\u00e7a, carregamento r\u00e1pido e outros indicadores de desempenho. No entanto, ainda h\u00e1 espa\u00e7o para melhorias na sua densidade energ\u00e9tica, ciclo de vida e assim por diante. Contudo, considerando a rica fonte de materiais, ainda existe um grande potencial de desenvolvimento. Com o avan\u00e7o das principais tecnologias de baterias de \u00edon de s\u00f3dio, como materiais an\u00f3dicos de carbono duro, e o r\u00e1pido crescimento da demanda de armazenamento de energia, o cen\u00e1rio de aplica\u00e7\u00e3o e a escala das baterias de \u00edon de s\u00f3dio tamb\u00e9m ser\u00e3o desenvolvidos rapidamente.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

O carbono duro n\u00e3o grafitiza ap\u00f3s tratamento em alta temperatura. Seu arranjo cristalino interno \u00e9 desordenado e o espa\u00e7amento entre camadas \u00e9 grande. Isso faz com que o \u00e2nodo de carbono duro armazene mais carga no mesmo volume. Melhora a densidade de energia e a resist\u00eancia das baterias de \u00edon de s\u00f3dio. 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