Graphite Anode ແມ່ນຫຍັງ?

A graphite anode ແມ່ນ electrode ລົບໃນ aຫມໍ້ໄຟ lithium ion, ເຮັດຈາກຄາບອນຈັດລຽງຢູ່ໃນແຜ່ນຊັ້ນທີ່ເກັບຮັກສາແລະປ່ອຍ lithium ion ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟແລະປ່ອຍ. ມັນເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນວັດສະດຸເຈົ້າພາບຕົ້ນຕໍທີ່ lithium ions ຖືກໃສ່ລະຫວ່າງຊັ້ນ graphite ເມື່ອແບດເຕີລີ່ສາກໄຟ, ກວມເອົາ 10-20% ຂອງນ້ໍາຫນັກທັງຫມົດຂອງຫມໍ້ໄຟ.

ປະສິດທິພາບຂອງ Graphite ເປັນ anode ແມ່ນມາຈາກສະຖາປັດຕະຍະກໍາປະລໍາມະນູຂອງຕົນ. ປະລໍາມະນູຂອງຄາບອນຜູກມັດຢູ່ໃນແຜ່ນຮາບພຽງ, ຮູບສີ່ຫຼ່ຽມມົນທີ່ເອີ້ນວ່າຊັ້ນ graphene, stacked ຢູ່ດ້ານເທິງຂອງກັນແລະກັນໂດຍມີໄລຍະຫ່າງຂອງ 3.354 angstroms. ແຮງ van der Waals ທີ່ອ່ອນແອຈະຍຶດເອົາຊັ້ນເຫຼົ່ານີ້ຮ່ວມກັນ-ແຂງແຮງພໍທີ່ຈະຮັກສາໂຄງສ້າງ, ແຕ່ອ່ອນແອພຽງພໍທີ່ຈະປ່ອຍໃຫ້ lithium ion ເລື່ອນລະຫວ່າງພວກມັນ.

ໂຄງສ້າງຊັ້ນນີ້ສ້າງເສັ້ນທາງທໍາມະຊາດສໍາລັບການເຄື່ອນໄຫວ ion. ເມື່ອແບດເຕີຣີສາກໄຟ, ໄອອອນ lithium ຈະເຄື່ອນຍ້າຍຈາກ cathode ຜ່ານ electrolyte ແລະຝັງຕົວມັນເອງລະຫວ່າງຊັ້ນ graphite ຜ່ານຂະບວນການທີ່ເອີ້ນວ່າ intercalation. ໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງຊັ້ນຂະຫຍາຍປະມານ 10% ເພື່ອຮອງຮັບ ions ເຫຼົ່ານີ້. ເມື່ອແບດເຕີຣີ້ອອກ, ໄອອອນອອກຈາກກາຟແລະກັບຄືນໄປຫາ cathode, ປ່ອຍພະລັງງານທີ່ເກັບໄວ້.

ກຣາຟ໌ນີ້ປະກອບເປັນອັນທີ່ນັກຄົ້ນຄວ້າເອີ້ນວ່າ lithium{0}}ທາດປະສົມກຼາໄບທ໌ (Li-GICs) ໃນຂັ້ນຕອນຕ່າງໆ. ດ້ວຍການສາກໄຟເຕັມ, ທາດ anode ໄປຮອດອົງປະກອບຂອງ LiC₆-ໜຶ່ງອະຕອມຂອງ lithium ສໍາລັບທຸກໆຫົກອະຕອມຂອງຄາບອນ-ເຊິ່ງສະແດງເຖິງຄວາມໜາແໜ້ນຂອງການເກັບຮັກສາສູງສຸດທີ່ກຼາຟິດສາມາດບັນລຸໄດ້.

Graphite ຄອບງໍາວັດສະດຸ anode ຫມໍ້ໄຟສໍາລັບເຫດຜົນທີ່ເກີນກວ່າການມີທີ່ງ່າຍດາຍ. ຄວາມອາດສາມາດທາງທິດສະດີຂອງມັນເຖິງ 372 mAh/g, ສະຫນອງປະສິດທິພາບທີ່ເຊື່ອຖືໄດ້ໃນທົ່ວຮອບການສາກໄຟຫຼາຍພັນຄັ້ງ. ສິ່ງທີ່ສໍາຄັນກວ່ານັ້ນ, graphite ດໍາເນີນການຢູ່ທີ່ທ່າແຮງໄຟຟ້າຕ່ໍາຂອງ 0.01-0.2 V ທຽບກັບ Li / Li⁺, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ຄວາມແຕກຕ່າງກັນແຮງດັນສູງສຸດລະຫວ່າງ anode ແລະ cathode, ແປໂດຍກົງກັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານທີ່ສູງຂຶ້ນໃນຫ້ອງຫມໍ້ໄຟທີ່ສົມບູນ.

ວັດສະດຸຈັດການການປ່ຽນແປງປະລິມານຢ່າງສະຫງ່າງາມ. ບໍ່ຄືກັບທາງເລືອກທີ່ຂະຫຍາຍອອກຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນລະຫວ່າງການ lithium, ໂຄງສ້າງຂອງ graphite ຮອງຮັບ lithium ion ທີ່ມີການໃຄ່ບວມຫນ້ອຍທີ່ສຸດ-ໂດຍປົກກະຕິແມ່ນຫນ້ອຍກວ່າ 10%. ຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງໂຄງສ້າງນີ້ອະທິບາຍວ່າເປັນຫຍັງ anodes graphite ປົກກະຕິເກີນ 1,000 ຮອບວຽນການສາກໄຟໂດຍມີການເສື່ອມສະພາບຫນ້ອຍທີ່ສຸດ.

ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍມີບົດບາດຕັດສິນ. graphite ທໍາມະຊາດຈາກການດໍາເນີນການຂຸດຄົ້ນບໍ່ແຮ່ແລະ graphite ສັງເຄາະຈາກ petroleum coke ທັງສອງສະເຫນີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການຜະລິດຕ່ໍາກວ່າວັດສະດຸທາງເລືອກ. ມາຮອດປີ 2024, ກຣາຟຟີ້ຮູບຊົງກົມທໍາມະຊາດຈະຂາຍໃນລາຄາປະມານ 7,000 ໂດລາຕໍ່ໂຕນ ເມື່ອທຽບໃສ່ກຣາຟ໌ສັງເຄາະຢູ່ທີ່ 10,000 ໂດລາຕໍ່ໂຕນ. ວັດສະດຸຕ້ອງການລະດັບຄວາມບໍລິສຸດເກີນ 99.95% ສໍາລັບການນໍາໃຊ້ຫມໍ້ໄຟ, ບັນລຸໄດ້ໂດຍຜ່ານຂະບວນການຊໍາລະລ້າງທີ່, ໃນຂະນະທີ່ພະລັງງານ-ຫຼາຍ, ຍັງມີປະສິດທິພາບທາງດ້ານເສດຖະກິດໃນລະດັບ.

ການພິຈາລະນາຄວາມປອດໄພຍັງມັກ graphite. ຊັ້ນ electrolyte interphase (SEI) ແຂງທີ່ປະກອບຢູ່ໃນພື້ນຜິວ graphite ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟເບື້ອງຕົ້ນເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນອຸປະສັກປ້ອງກັນ, ປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ electrolyte decomposition ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນຂະນະທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ການຂົນສົ່ງ lithium ion. ລັກສະນະການປົກປ້ອງຕົນເອງ-ນີ້, ຄົ້ນພົບໂດຍນັກຄົ້ນຄວ້າໃນປີ 1990 ໂດຍໃຊ້ ethylene carbonate electrolytes, ເປີດໃຊ້ຄວາມສາມາດທາງດ້ານການຄ້າຂອງ graphite anodes ແລະເຮັດໃຫ້ເກີດການປະຕິວັດຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ທີ່ປະຕິບັດຕາມ.

Graphite Anode

ແຫຼ່ງອຸດສາຫະກໍາຫມໍ້ໄຟ graphite ຜ່ານສອງເສັ້ນທາງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ແຕ່ລະຄົນມີຄວາມໄດ້ປຽບສະເພາະ.

graphite ທໍາມະຊາດແມ່ນມາຈາກເງິນຝາກຂອງ crystalline flake ສະກັດໂດຍຜ່ານການຂຸດຄົ້ນບໍ່ແຮ່, ຕົ້ນຕໍໃນປະເທດຈີນ, Brazil, Madagascar, ແລະອິນເດຍ. ຜູ້ຜະລິດປະມວນຜົນກຣາຟຟີ້ດິບຜ່ານການຂັດ, ການເຮັດໃຫ້ເປັນສະເຟຣອຍ-ບ່ອນທີ່ກໍາລັງກົນຈັກເຮັດໃຫ້ flakes ສະຫມໍ່າສະເຫມີເປັນ particles spherical-ການຈັດປະເພດ, ແລະການຊໍາລະເພື່ອບັນລຸເຖິງແບດເຕີລີ່-ຂໍ້ມູນຈໍາເພາະຂອງຊັ້ນ. ການຜະລິດ graphite ທໍາມະຊາດບໍລິໂພກປະມານ 1.1 × 10⁴ MJ ຕໍ່ໂຕນຂອງພະລັງງານ.

ຂັ້ນຕອນ spheroidization ພິສູດຄວາມສໍາຄັນ. ປະສິດທິພາບຂອງຫມໍ້ໄຟປັບປຸງດ້ວຍອະນຸພາກ spherical ເນື່ອງຈາກວ່າພວກເຂົາເຈົ້າບັນຈຸມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຫຼາຍໃນ electrodes, ເພີ່ມຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານ volumetric ແລະການປັບປຸງການນໍາໄຟຟ້າໃນທົ່ວໂຄງສ້າງ anode. graphite ທໍາມະຊາດປົກກະຕິແລ້ວສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງ crystallinity ສູງກ່ວາທາງເລືອກສັງເຄາະ, ສະຫນອງການໄຟຟ້າແລະຄວາມຮ້ອນທີ່ດີກວ່າ.

ກຣາຟຟີ້ສັງເຄາະເລີ່ມຕົ້ນຈາກນ້ຳມັນໂຄກ, ໂຄກເຂັມ ຫຼື ໂຄກໂຄກ-ຜົນກຳໄລຂອງການກັ່ນນ້ຳມັນ. ຜູ້ຜະລິດເຮັດໃຫ້ຄວາມຮ້ອນຄາໂບໄຮເດຣດເຫຼົ່ານີ້ຢູ່ໃນອຸນຫະພູມເກີນ 2,500 ອົງສາໃນລະຫວ່າງການ graphitization, realigning ປະລໍາມະນູກາກບອນເຂົ້າໄປໃນຄໍາສັ່ງ, ລັກສະນະໂຄງສ້າງຊັ້ນຂອງ graphite. ຂະບວນການນີ້ຕ້ອງການປະມານ 4 × 10⁴ MJ ຕໍ່ໂຕນ - 3.6 ເທົ່າຄວາມຕ້ອງການພະລັງງານຂອງການຜະລິດ graphite ທໍາມະຊາດ.

ຢ່າງໃດກໍຕາມ, graphite ສັງເຄາະໃຫ້ຄຸນສົມບັດສອດຄ່ອງຫຼາຍ. ຂະບວນການຜະລິດທີ່ຄວບຄຸມໄດ້ຜະລິດຂະຫນາດອະນຸພາກທີ່ເປັນເອກະພາບແລະພຶດຕິກໍາໄຟຟ້າທີ່ຄາດເດົາໄດ້, ເຊິ່ງຜູ້ຜະລິດແບດເຕີລີ່ມີມູນຄ່າການຄວບຄຸມຄຸນນະພາບ. ໃນປັດຈຸບັນ, ອຸດສາຫະກໍາໄດ້ແບ່ງອອກປະມານ 55% ສັງເຄາະແລະ 45% graphite ທໍາມະຊາດສໍາລັບການຜະລິດ anode, ເຖິງແມ່ນວ່າການດຸ່ນດ່ຽງນີ້ປ່ຽນເປັນ graphite purification ທໍາມະຊາດປັບປຸງ.

ໃນປີ 2020, ວັດສະດຸ graphite anode ທໍາມະຊາດໄດ້ຈັບ 39% ຂອງຕະຫຼາດ, ດ້ວຍການຄາດຄະເນທີ່ຊີ້ໃຫ້ເຫັນການຂະຫຍາຍຕົວຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໂດຍຜົນກະທົບຕໍ່ສິ່ງແວດລ້ອມຕ່ໍາແລະການບໍລິໂພກພະລັງງານຫຼຸດລົງໃນລະຫວ່າງການຜະລິດ.

ການຮັບຮອງເອົາຢ່າງແຜ່ຫຼາຍຂອງ Graphite ກວມເອົາຂໍ້ຈໍາກັດດ້ານປະສິດທິພາບທີ່ສໍາຄັນ: ການສາກໄຟໄວ. ເມື່ອແບດເຕີລີ່ສາກໄຟໄວ, lithium ions ມາຮອດພື້ນຜິວ anode ໄວກວ່າທີ່ພວກເຂົາສາມາດ intercalate ເຂົ້າໄປໃນໂຄງສ້າງ graphite. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ໄອອອນທີ່ເກີນຈະຝາກໄວ້ຢູ່ດ້ານ anode ເປັນໂລຫະ lithium-ປະກົດການທີ່ເອີ້ນວ່າການເຄືອບ lithium.

ແຜ່ນ lithium ສ້າງບັນຫາຫຼາຍ. ໂລຫະແຜ່ນບໍ່ໄດ້ປະກອບສ່ວນກັບຄວາມອາດສາມາດຂອງຫມໍ້ໄຟ, ປະສິດທິພາບການຫຼຸດຜ່ອນການເກັບຮັກສາພະລັງງານທີ່ມີຢູ່. ກ່ຽວກັບການເພີ່ມເຕີມ, ການຊຸບແລະລອກເອົາຊ້ໍາຊ້ອນເຮັດໃຫ້ໂຄງສ້າງ anode ເສຍຫາຍແລະບໍລິໂພກ electrolyte ຂອງແຫຼວ, ເລັ່ງຄວາມສາມາດມະລາຍຫາຍໄປ. ໃນກໍລະນີທີ່ຮ້າຍແຮງ, lithium dendrites ສາມາດເຕີບໂຕຜ່ານຕົວແຍກລະຫວ່າງ electrodes, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດວົງຈອນສັ້ນພາຍໃນ.

ສາເຫດຂອງຮາກແມ່ນຢູ່ໃນ kinetics ການແຜ່ກະຈາຍ lithium. ການໃສ່ lithium ions ລະຫວ່າງຊັ້ນ graphite ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ພວກເຂົາເອົາຊະນະອຸປະສັກພະລັງງານຍ້ອນວ່າພວກເຂົາຍ້າຍຈາກ electrolyte ເຂົ້າໄປໃນໂຄງສ້າງແຂງ. ພາຍໃຕ້ອັດຕາປະຈຸບັນສູງ, ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງຂົ້ວໂລກພັດທະນາ-ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ lithium ຢູ່ດ້ານ anode ເກີນສິ່ງທີ່ວັດສະດຸສາມາດດູດຊຶມໄດ້, ເຮັດໃຫ້ທ່າແຮງຕໍ່າພໍທີ່ຈະໃສ່ແຜ່ນ lithium ໂລຫະແທນ.

ນັກຄົ້ນຄວ້າກໍາລັງແກ້ໄຂຂໍ້ຈໍາກັດເຫຼົ່ານີ້ໂດຍຜ່ານວິທີການຈໍານວນຫນຶ່ງ. ການເຄືອບພື້ນຜິວໂດຍໃຊ້ຄາບອນອະສະໂນ ຫຼື lithium-ວັດສະດຸນໍາທາງ ion ສ້າງການແຜ່ກະຈາຍຂອງ lithium ທີ່ມີຄວາມເປັນເອກະພາບຫຼາຍຂຶ້ນ ແລະການຂົນສົ່ງ ion ທີ່ໄວຂຶ້ນຢູ່ດ້ານກຣາຟ. ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງ electrolyte ທີ່ມີສານເສີມສະເພາະຊ່ວຍສ້າງຊັ້ນ SEI ທີ່ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງຫຼາຍ, ອໍານວຍຄວາມສະດວກໃນການໂອນ ion. ຜູ້ຜະລິດບາງຄົນດັດແປງ graphite particle morphology ຫຼືເພີ່ມໄລຍະຫ່າງ interlayer ເພື່ອເລັ່ງການແຜ່ກະຈາຍ lithium.

ການສຶກສາທີ່ຜ່ານມາໃນປີ 2024 ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ graphite anodes ທີ່ມີການເຄືອບທີ່ດີທີ່ສຸດແລະການສ້າງ electrolyte ສາມາດຮັກສາອັດຕາການສາກໄຟເຂົ້າໃກ້ 6C (ສາກເຕັມໃນ 10 ນາທີ) ໃນຂະນະທີ່ຮັກສາຊີວິດຮອບວຽນເກີນ 500 ຮອບ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ນີ້ຍັງຄົງເປັນພື້ນທີ່ພັດທະນາຢ່າງຫ້າວຫັນຍ້ອນວ່າຜູ້ຜະລິດຍານພາຫະນະໄຟຟ້າເປົ້າຫມາຍຄວາມສາມາດໃນການຊາດໄວກວ່າ.

Graphite Anode

ຊິລິໂຄນ- anodes ທີ່ອີງໃສ່ການເປັນຕົວຊີ້ບອກຂອງສິ່ງທ້າທາຍຕົ້ນຕໍຕໍ່ກັບການເດັ່ນຂອງກຣາຟຟິກ, ຂັບເຄື່ອນໂດຍຄວາມອາດສາມາດທາງທິດສະດີຂອງຊິລິຄອນທີ່ສູງກວ່າ 4,200 mAh/g-ຫຼາຍກ່ວາສິບເທົ່າຂອງກຣາຟທ໌. ຄວາມໄດ້ປຽບຂອງຄວາມສາມາດນີ້ແມ່ນມາຈາກຄວາມສາມາດຂອງຊິລິໂຄນໃນການຜູກມັດກັບ 4.4 ອາຕອມ lithium ຕໍ່ອາຕອມຂອງຊິລິໂຄນ (Li₄.₄Si), ໃນຂະນະທີ່ກຼາຟິດຕ້ອງການຫົກອະຕອມຄາບອນເພື່ອຜູກມັດກັບ lithium ion ດຽວ.

ການອຸທອນແມ່ນຈະແຈ້ງ. ການປ່ຽນແທນ graphite ເຖິງ 10-20% ດ້ວຍຊິລິໂຄນສາມາດເພີ່ມຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຫມໍ້ໄຟ 10-30%, ແປໂດຍກົງກັບໄລຍະການຂັບຂີ່ທີ່ຍາວກວ່າໃນຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ. ການເລີ່ມຕົ້ນແລະຜູ້ຜະລິດລາຍໃຫຍ່ຈໍານວນຫນຶ່ງໄດ້ລົງທຶນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນການພັດທະນາ silicon anode, ໂດຍມີບໍລິສັດເຊັ່ນ Sila Nanotechnologies ແລະ BMW ຮ່ວມມືໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກການຄ້າເປົ້າຫມາຍໃນກາງປີ 2020.

ແຕ່ປະໂຫຍດຂອງຊິລິໂຄນມາພ້ອມກັບຂໍ້ບົກພ່ອງທີ່ສໍາຄັນ: ການຂະຫຍາຍປະລິມານ. ອະນຸພາກຊິລິໂຄນບວມຫຼາຍກ່ວາ 300% ໃນລະຫວ່າງການ lithiation, ເມື່ອທຽບກັບ 10% ເລັກນ້ອຍຂອງ graphite. ການຂະຫຍາຍຕົວອັນໃຫຍ່ຫຼວງນີ້ເຮັດໃຫ້ອະນຸພາກກະດູກຫັກ, ຂັດຂວາງການເຊື່ອມຕໍ່ໄຟຟ້າ, ແລະເຮັດໃຫ້ຊັ້ນ SEI ມີສະຖຽນລະພາບ. anode ເປັນສິ່ງຈໍາເປັນ pulverizes ຕົວຂອງມັນເອງໂດຍຜ່ານການດໍາເນີນງານປົກກະຕິ, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດຄວາມອາດສາມາດໄວຫາຍໄປ. anodes ຊິລິໂຄນໃນຕອນຕົ້ນບໍ່ລອດຊີວິດ 100 ຮອບການສາກໄຟ.

ວິສະວະກອນກໍາລັງພັດທະນາການແກ້ໄຂ. ຊິລິໂຄນທີ່ມີໂຄງສ້າງນາໂນ-ອະນຸພາກໃນລະດັບນາໂນແມັດ-ຮອງຮັບການຂະຫຍາຍໂຕໄດ້ດີກວ່າ. ໂຄງສ້າງຊິລິຄອນ porous ໃຫ້ພື້ນທີ່ຫວ່າງພາຍໃນສໍາລັບການຂະຫຍາຍ. Silicon oxide (SiOx) ສະຫນອງການປະນີປະນອມກັບຄວາມອາດສາມາດທາງທິດສະດີຂອງ 2,675 mAh / g ແລະການຂະຫຍາຍຕົວຫຼຸດລົງເມື່ອທຽບກັບຊິລິໂຄນບໍລິສຸດ. ຕົວຍຶດຂັ້ນສູງ-ວັດສະດຸທີ່ຖືອະນຸພາກອະໂນດເຂົ້າກັນ-ລວມເອົາຄຸນສົມບັດຢືດຢຸ່ນເພື່ອຮັກສາການຕິດຕໍ່ໄຟຟ້າໃນລະຫວ່າງການປ່ຽນປະລິມານ.

ຊິລິໂຄນ-ການປະກອບກາໄບທ໌ປະຈຸບັນເປັນຕົວແທນຂອງວິທີການທີ່ເປັນໄປໄດ້ທາງການຄ້າຫຼາຍທີ່ສຸດ. ໂດຍການຜະສົມຊິລິໂຄນ 5-15% ເຂົ້າໄປໃນ graphite anodes, ຜູ້ຜະລິດໄດ້ຮັບການປັບປຸງຄວາມອາດສາມາດທີ່ມີຄວາມຫມາຍໃນຂະນະທີ່ຈໍາກັດຜົນກະທົບທາງລົບຂອງການຂະຫຍາຍຊິລິໂຄນ. ຍຸດທະສາດປະສົມນີ້ໃຫ້ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານສູງກວ່າ 15-20% ກ່ວາ anodes graphite ບໍລິສຸດໃນຂະນະທີ່ຮັກສາ 500-800 ວົງຈອນຊີວິດທີ່ຍອມຮັບໄດ້ສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຈໍານວນຫຼາຍ.

ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຍັງຄົງເປັນອຸປະສັກທີ່ສໍາຄັນ. ຊິລິໂຄນ-ຄາບອນຄອມໂພຊິດ anodes ມີລາຄາປະມານ 750,000 CNY ຕໍ່ໂຕນໃນປີ 2024, ເມື່ອທຽບກັບ 50,000-100,000 CNY ຕໍ່ໂຕນສໍາລັບ graphite anodes. ນັກວິເຄາະອຸດສາຫະກໍາໂຄງການວັດສະດຸ silicon anode ຕ້ອງການການຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍເປັນ 110,000-170,000 CNY ຕໍ່ໂຕນສໍາລັບການຮັບຮອງເອົາການຄ້າຢ່າງກວ້າງຂວາງ.

ຕະຫຼາດ anode graphite ກໍາລັງປະສົບກັບການຂະຫຍາຍຕົວຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ດ້ວຍມູນຄ່າ 11,9 ຕື້ໂດລາສະຫະລັດໃນປີ 2022, ຄາດຄະເນວ່າຕະຫຼາດຈະບັນລຸ 50,83 ຕື້ໂດລາສະຫະລັດໃນປີ 2030, ເຊິ່ງເປັນອັດຕາການເຕີບໂຕຕໍ່ປີທີ່ກວມເອົາ 19,9%. ການຂະຫຍາຍນີ້ຕິດຕາມການຮັບຮອງເອົາລົດໄຟຟ້າໂດຍກົງ ແລະລະບົບຕາຂ່າຍ-ການນຳໃຊ້ການເກັບຮັກສາພະລັງງານ.

ນະໂຍບາຍດ້ານການສະໜອງແມ່ນໃຫ້ຄວາມສົນໃຈ. ໝໍ້ໄຟລົດໄຟຟ້າແຕ່ລະອັນບັນຈຸມີ 50-100 ກິໂລກຼາຟ໌-ກຼາຟທ໌ຫຼາຍກວ່າ lithium ປະມານສິບເທົ່າ. ຕົວຢ່າງ Tesla Model S ດຽວຕ້ອງການ graphite ປະມານ 85 ກິໂລສໍາລັບຊຸດຫມໍ້ໄຟຂອງມັນ. ການຜະລິດ EV ທົ່ວໂລກກໍາລັງຂະຫຍາຍຕົວຢ່າງໄວວາ, ຍານພາຫະນະໄຟຟ້າກວມເອົາອັດຕາສ່ວນການຂາຍລົດຍົນທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ.

ຈີນຄອບງໍາຕ່ອງໂສ້ການສະຫນອງ graphite, ຄວບຄຸມທັງການຂຸດຄົ້ນ graphite ທໍາມະຊາດແລະການຜະລິດ graphite ສັງເຄາະ. ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນນີ້ໄດ້ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມກັງວົນດ້ານຄວາມປອດໄພຂອງການສະຫນອງໃນບັນດາຜູ້ຜະລິດຫມໍ້ໄຟໃນພາກພື້ນອື່ນໆ. ຂໍ້ຈຳກັດການສົ່ງອອກຂອງຈີນໃນປີ 2023 ກ່ຽວກັບວັດສະດຸກຼາຟໄລເພີ່ມທະວີຄວາມເປັນຫ່ວງດັ່ງກ່າວ, ເຮັດໃຫ້ປະເທດຕາເວັນຕົກລົງທຶນພັດທະນາຄວາມສາມາດຜະລິດແລະການປຸງແຕ່ງກຼາຟໄລພາຍໃນປະເທດ.

ຂະບວນການຊໍາລະລ້າງແມ່ນເປັນຕົວແທນຂອງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕົ້ນຕໍ. ການປ່ຽນກຣາຟຟີ້ທໍາມະຊາດທີ່ຂຸດຄົ້ນບໍ່ແຮ່ເປັນຫມໍ້ໄຟ-ວັດສະດຸເກຣດຕ້ອງການອາຊິດທີ່ເຂັ້ມແຂງ ແລະຂັ້ນຕອນການປຸງແຕ່ງຫຼາຍອັນ, ສ້າງການພິຈາລະນາດ້ານສິ່ງແວດລ້ອມ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ຮອຍຕີນກາຄາບອນໂດຍລວມຂອງການຜະລິດກຼາຟິດທໍາມະຊາດຍັງຕໍ່າກວ່າກຣາຟຟີດສັງເຄາະຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ຕົ້ນຕໍແມ່ນຍ້ອນພະລັງງານ-ຂະບວນການກາຟິກທີ່ເຂັ້ມຂຸ້ນທີ່ຕ້ອງການສໍາລັບວັດສະດຸສັງເຄາະ.

ການຣີໄຊເຄິນມີທັງໂອກາດ ແລະສິ່ງທ້າທາຍ. ແບດເຕີຣີ້ລີທຽມ-ໄອອອນທີ່ຖອດອອກແລ້ວມີປະລິມານກຣາຟຟິກເປັນຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍ-ມັກຈະເປັນ 40-50% ຂອງ "ມະຫາຊົນດຳ" ທີ່ໄດ້ກູ້ຄືນມາຈາກການນຳກັບມາໃຊ້ໃໝ່. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ການສະກັດ ແລະ-ການຊໍາລະກຣາຟໄຟນີ້ຄືນໃໝ່ໃຫ້ເປັນແບດເຕີຣີ-ຂໍ້ມູນຈໍາເພາະຂອງເກຣດແມ່ນຍັງມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກທາງດ້ານເຕັກນິກ ແລະທາງດ້ານເສດຖະກິດບໍ່ຕໍ່າກວ່າໃນຂະໜາດປັດຈຸບັນ. ນັກຄົ້ນຄວ້າກໍາລັງພັດທະນາຂະບວນການລີໄຊເຄີນທີ່ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ, ຮັບຮູ້ວ່າການຟື້ນຕົວ graphite ວົງປິດຈະກາຍເປັນຄວາມສໍາຄັນເພີ່ມຂຶ້ນຍ້ອນວ່າປະລິມານຫມໍ້ໄຟເພີ່ມຂຶ້ນ.

ໃນຂະນະທີ່ຫມໍ້ໄຟ lithium{0}}ion ເປັນຕົວແທນຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດຂອງ graphite anode, ວັດສະດຸດັ່ງກ່າວໃຫ້ບໍລິການໃນລະບົບໄຟຟ້າອື່ນໆ. ໃນຈຸລັງນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟ, ໂດຍສະເພາະແມ່ນຈຸລັງນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟຂອງການແລກປ່ຽນ proton (PEMFCs), graphite ປະກອບເປັນແຜ່ນພາກສະຫນາມການໄຫຼ cathode ທີ່ແຈກຢາຍອົກຊີເຈນໃຫ້ເທົ່າທຽມກັນກັບສະຖານທີ່ຕິກິຣິຍາໃນຂະນະທີ່ດໍາເນີນການເອເລັກໂຕຣນິກ.

ການຜະລິດອາລູມິນຽມແມ່ນອີງໃສ່ graphite anodes ໃນຂະບວນການຫລອມໂລຫະໄຟຟ້າ. Hall-ຂະບວນການHéroult, ເຊິ່ງຜະລິດອາລູມິນຽມປະຖົມເກືອບທັງໝົດ, ໃຊ້ graphite anodes ຂະໜາດໃຫຍ່ທີ່ຄ່ອຍໆ oxidize ແລະຕ້ອງຖືກປ່ຽນແທນເປັນໄລຍະ. ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກອຸດສາຫະກໍານີ້ບໍລິໂພກປະລິມານ graphite ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນທົ່ວໂລກ.

ເຄມີສາດຫມໍ້ໄຟທີ່ເກີດໃຫມ່ກໍາລັງຂຸດຄົ້ນ graphite ເຊັ່ນກັນ. ໝໍ້ໄຟໂຊດຽມ-ໄອອອນ ແລະໂພແທດຊຽມ-ໝໍ້ໄຟໄອອອນສາມາດນຳໃຊ້ແກຼດຟິດ anodes ໄດ້, ເຖິງວ່າມີກົນໄກ ແລະ ຄວາມຈຸທີ່ແຕກຕ່າງກັນເມື່ອປຽບທຽບກັບລະບົບ lithium. ເມື່ອເທກໂນໂລຍີແບດເຕີຣີທາງເລືອກເຫຼົ່ານີ້ເຕີບໃຫຍ່, ພວກມັນອາດຈະສ້າງຄວາມຕ້ອງການເພີ່ມເຕີມສໍາລັບວັດສະດຸ graphite anode.

ນັກຄົ້ນຄວ້າແບດເຕີລີ່ກໍາລັງຊອກຫາຊ່ອງທາງຫຼາຍຢ່າງເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງ graphite anode ໂດຍບໍ່ມີການປະຖິ້ມຂໍ້ດີພື້ນຖານຂອງວັດສະດຸ.

ວິສະວະກໍາ Interphase ສຸມໃສ່ການເພີ່ມປະສິດທິພາບການສ້າງຊັ້ນ SEI. SEI ກໍານົດ kinetics ການຂົນສົ່ງ lithium, cyclability, ແລະລັກສະນະຄວາມປອດໄພ. ສານເສີມ electrolyte ຂັ້ນສູງແລະການປິ່ນປົວພື້ນຜິວມີຈຸດປະສົງເພື່ອສ້າງຊັ້ນ SEI ທີ່ອ່ອນກວ່າ, ເປັນເອກະພາບຫຼາຍກວ່າເກົ່າເຊິ່ງຫຼຸດຜ່ອນການບໍລິໂພກ lithium ໃນລະຫວ່າງການສ້າງໃນຂະນະທີ່ເພີ່ມປະສິດທິພາບການນໍາທາງ ionic.

ວິສະວະກໍາອະນຸພາກດັດແປງ graphite morphology ເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບ. ນັກຄົ້ນຄວ້າກໍາລັງສືບສວນກາຟຟີດທຽມທີ່ມີໂຄງສ້າງຮູຂຸມຂົນທີ່ຄວບຄຸມ, ພື້ນຜິວ-ການດັດແກ້ອະນຸພາກທີ່ມີການປັບປຸງການປຽກ electrolyte, ແລະໂຄງສ້າງປະສົມທີ່ປະສົມປະສານປະເພດກຣາຟຟິກທີ່ແຕກຕ່າງກັນເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບທັງສອງຄວາມສາມາດແລະອັດຕາ.

ການດັດແກ້ໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງຊັ້ນສະແດງເຖິງວິທີການອື່ນ. ໂດຍການຂະຫຍາຍໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງຊັ້ນກຣາຟີນເລັກນ້ອຍ-ຕົວຢ່າງ, ຜ່ານການປະສົມທາງເຄມີ ຫຼືຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງໂຄງສ້າງ-ນັກວິໄຈສາມາດເລັ່ງອັດຕາການແຜ່ກະຈາຍຂອງ lithium ໄດ້. ວຽກງານທີ່ຜ່ານມາໃນປີ 2024 ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການຂະຫຍາຍ interlayer ທີ່ຖືກຄວບຄຸມຢ່າງລະມັດລະວັງຈາກ 0.3354 nm ຫາ 0.342 nm ປັບປຸງຢ່າງໄວວາ-ຄວາມສາມາດໃນການສາກໄຟໃນຂະນະທີ່ຮັກສາຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງໂຄງສ້າງ.

ເຕັກໂນໂລຢີການເຄືອບສືບຕໍ່ກ້າວຫນ້າ. ທັງການເຄືອບຄາບອນແຂງ ແລະຄາບອນອ່ອນໃຫ້ຜົນປະໂຫຍດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ: ການເຄືອບຄາບອນແຂງເພີ່ມປະສິດທິພາບອັດຕາ, ໂດຍສະເພາະໃນຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຈຸບັນສູງ, ໃນຂະນະທີ່ການເຄືອບຄາບອນອ່ອນປັບປຸງປະສິດທິພາບ coulombic ເບື້ອງຕົ້ນແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງວົງຈອນ. ການເລືອກວັດສະດຸເຄືອບທີ່ເຫມາະສົມໂດຍອີງໃສ່ຄວາມຕ້ອງການຄໍາຮ້ອງສະຫມັກອະນຸຍາດໃຫ້ເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງຄວາມອາດສາມາດຂອງ-ອັດຕາ-ສາມຫລ່ຽມຊີວິດທີ່ກໍານົດປະສິດທິພາບຫມໍ້ໄຟ.

Graphite Anode

Graphite ດຸ່ນດ່ຽງຄວາມຮຽກຮ້ອງຕ້ອງການຫຼາຍອັນທີ່ວັດສະດຸອື່ນໆຕໍ່ສູ້ກັບການຈັບຄູ່ພ້ອມໆກັນ. ໂຄງສ້າງຊັ້ນຂອງມັນຮອງຮັບ lithium ions ຕາມທໍາມະຊາດທີ່ມີການປ່ຽນແປງປະລິມານຫນ້ອຍ (ຫນ້ອຍກວ່າ 10% ການຂະຫຍາຍ), ຊ່ວຍໃຫ້ວົງຈອນການສາກໄຟຫຼາຍພັນຮອບ. ວັດສະດຸເຮັດວຽກຢູ່ໃນທ່າແຮງຕໍ່າຫຼາຍ (0.01-0.2 V), ເພີ່ມແຮງດັນໄຟຟ້າສູງສຸດ. ມັນອຸດົມສົມບູນ, ລາຄາບໍ່ແພງ, ແລະເຂົ້າໃຈດີຫຼັງຈາກທົດສະວັດຂອງການນໍາໃຊ້ທາງການຄ້າ. ໃນຂະນະທີ່ວັດສະດຸເຊັ່ນຊິລິໂຄນສະຫນອງຄວາມສາມາດທີ່ສູງຂຶ້ນ, ພວກມັນທົນທຸກຈາກບັນຫາການຂະຫຍາຍປະລິມານທີ່ຮຸນແຮງທີ່ graphite ຫຼີກເວັ້ນ.

graphite ທໍາມະຊາດມາຈາກການດໍາເນີນງານຂຸດຄົ້ນບໍ່ແຮ່ແລະໂດຍປົກກະຕິສະຫນອງການນໍາໄຟຟ້າທີ່ດີກວ່າເນື່ອງຈາກ crystallinity ສູງຂຶ້ນ. ມັນຕ້ອງການພະລັງງານໜ້ອຍເພື່ອຜະລິດ-ປະມານ 1.1 × 10⁴ MJ ຕໍ່ໂຕນ ທຽບກັບ 4 × 10⁴ MJ ຕໍ່ໂຕນສຳລັບກຣາຟຟິກສັງເຄາະ. graphite ສັງເຄາະ, ເຮັດໂດຍການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນ petroleum coke ເກີນ 2,500 ອົງສາ, ສະຫນອງຄຸນສົມບັດສອດຄ່ອງແລະບໍລິສຸດ. ໃນປັດຈຸບັນ, ອຸດສາຫະກໍານໍາໃຊ້ປະມານ 55% ສັງເຄາະແລະ 45% graphite ທໍາມະຊາດ, ເຖິງແມ່ນວ່າສ່ວນແບ່ງຕະຫຼາດຂອງ graphite ທໍາມະຊາດແມ່ນການຂະຫຍາຍຕົວຍ້ອນຄວາມໄດ້ປຽບດ້ານສິ່ງແວດລ້ອມແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ.

Graphite anodes ປະເຊີນກັບສິ່ງທ້າທາຍດ້ວຍການສາກໄຟໄວ. ເມື່ອກະແສສາກໄຟສູງເກີນໄປ, lithium ions ມາຮອດໄວກວ່າທີ່ພວກເຂົາສາມາດໃສ່ເຂົ້າໄປໃນໂຄງສ້າງກາຟ, ເຮັດໃຫ້ພວກມັນໃສ່ແຜ່ນ lithium ໂລຫະຢູ່ເທິງຫນ້າ anode ແທນ. ແຜ່ນ lithium ນີ້ຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄວາມອາດສາມາດແລະທໍາລາຍຫມໍ້ໄຟ. ນັກຄົ້ນຄວ້າກຳລັງປັບປຸງຄວາມສາມາດໃນການສາກໄຟໄວ-ໂດຍການເຄືອບພື້ນຜິວ, ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງ electrolyte, ແລະວິສະວະກຳອະນຸພາກ, ໂດຍມີການສຶກສາປີ 2024 ທີ່ຜ່ານມາບັນລຸອັດຕາການສາກໄຟ 6C (ສາກໄຟ 10 ນາທີ) ໃນຂະນະທີ່ຮັກສາອາຍຸວົງຈອນທີ່ຍອມຮັບໄດ້.

Silicon ຈະບໍ່ທົດແທນ graphite ຢ່າງສົມບູນໃນໄລຍະສັ້ນ, ເຖິງແມ່ນວ່າມັນຈະກາຍເປັນສ່ວນຫນຶ່ງຂອງການແກ້ໄຂ. Silicon ສະຫນອງຄວາມອາດສາມາດສູງກວ່າ graphite 10x ແຕ່ຂະຫຍາຍ 300% ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟ, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດການເຊື່ອມໂຊມຢ່າງໄວວາ. ວິທີການປະຕິບັດແມ່ນໃຊ້ຊິລິໂຄນ-ການປະກອບກາໄບທ໌, ປະສົມຊິລິຄອນ 5-15% ເຂົ້າໄປໃນ graphite anodes ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຮັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານທີ່ສູງຂຶ້ນ 15-20% ໃນຂະນະທີ່ຈັດການກັບບັນຫາການຂະຫຍາຍ. anodes ຊິລິໂຄນບໍລິສຸດຍັງຄົງຢູ່ໃນການພັດທະນາ, ການຜະລິດການຄ້າແມ່ນຂຶ້ນກັບການບັນລຸຊີວິດວົງຈອນທີ່ຍອມຮັບແລະການຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ.

anode graphite ເປັນຕົວຢ່າງວິທີການວັດສະດຸທີ່ເບິ່ງຄືວ່າງ່າຍດາຍມັກຈະເຮັດວຽກໄດ້ຊັດເຈນຍ້ອນຄວາມງ່າຍດາຍນັ້ນ. Lithium ion ຕ້ອງການບ່ອນໃດນຶ່ງເພື່ອໄປໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟ-ບາງບ່ອນທີ່ມີຄວາມໝັ້ນຄົງ, ປີ້ນກັບກັນໄດ້, ແລະບໍ່ແຕກຫຼັງຈາກສອງສາມຮອບ. ໂຄງສ້າງຊັ້ນຂອງ Graphite ສະຫນອງຢ່າງແທ້ຈິງວ່າ, ໂດຍບໍ່ມີການລະຄອນຫຼືຄວາມສັບສົນ. ໃນຂະນະທີ່ນັກຄົ້ນຄວ້າຄົ້ນຫາຄວາມອາດສາມາດທີ່ສູງຂຶ້ນແລະການສາກໄຟໄວ, ພວກເຂົາກໍາລັງພົບວ່າການອອກເດີນທາງໄກເກີນໄປຈາກຄຸນລັກສະນະພື້ນຖານຂອງ graphite ແນະນໍາບັນຫາທີ່ມັກຈະຫຼາຍກວ່າຜົນປະໂຫຍດ. ການຄອບຄອງຂອງວັດສະດຸຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນ lithium{5}}ແບດເຕີຣີ ion ຄົງຈະຄົງຢູ່ເປັນເວລາຫຼາຍທົດສະວັດ ເຖິງວ່າຈະມີຂໍ້ຈຳກັດຂອງມັນ, ແຕ່ເນື່ອງຈາກຂໍ້ຈຳກັດເຫຼົ່ານັ້ນສາມາດຈັດການໄດ້ ແລະເຂົ້າໃຈໄດ້ດີ-.

ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ:

Graphite ເປັນວັດສະດຸ anode: ກົນໄກພື້ນຖານ, ຄວາມຄືບໜ້າ ແລະ ຄວາມກ້າວໜ້າຫຼ້າສຸດ - ວັດສະດຸເກັບຮັກສາພະລັງງານ (2020)

ການວິເຄາະຕະຫລາດ Global Graphite Anode - ການຄົ້ນຄວ້າຕະຫຼາດຄຸນງາມຄວາມດີ (2024)

anode graphite ທໍາມະຊາດສໍາລັບ lithium ຂັ້ນສູງ{0}}ion Battery - Chemical Engineering Journal (2024)

ອະນາຄົດຂອງຄາບອນ anodes ສໍາລັບ lithium{0}}ຫມໍ້ໄຟ lithium - Carbon Future (2024)

ສາກໄວ-ການສາກໄຟຟຮີສຳລັບ lithium{1}}ແບດເຕີຣີໄອອອນ - Applied Physics Letters (2024)

ທົບທວນຄືນກ່ຽວກັບ Graphite Anodes ສໍາລັບໄວ-ການສາກໄຟ Lithium-Ion Battery - Advanced Functional Materials (2024)

Graphite: ແຮ່ທາດທີ່ສໍາຄັນໃຫມ່ - ວັດສະດຸທົບທວນທໍາມະຊາດ (2025)