U grafite hè divisu in grafite artificiale è grafite naturali, riserve pruvati di u mondu di grafite naturali in circa 2 miliardi di tunnellate.
U grafite artificiale hè ottenutu da a descomposizione è u trattamentu termale di materiali chì cuntenenu carbonu sottu pressione normale. Sta trasfurmazioni esige una temperatura è energia abbastanza alta cum'è a forza motrice, è a struttura disordinata serà trasfurmata in una struttura di cristalli di grafite ordinata.
A grafitizazione hè in u sensu più largu di u materiale carbonicu à traversu sopra à 2000 ℃ di trattamentu termicu à alta temperatura di l'atomi di carbonu di riarrangiamentu, in ogni modu, certi materiali di carbone in l'alta temperatura sopra à 3000 ℃ di grafitizazione, stu tipu di materiali di carbone era cunnisciutu cum'è "carbone duru", per materiali di carbone facili graphitized, lu mètudu graphitization tradiziunale include alta temperatura è metudu altu prissioni, graphitization catalytic, mètudu di depositu di vapore chimicu, etc.
A grafitizazione hè un mezzu efficace per l'utilizazione di altu valore aghjuntu di materiali carbonati. Dopu una ricerca estensiva è approfondita da i studiosi, hè oramai maturu. Tuttavia, certi fattori sfavorevoli limitanu l'applicazione di a grafitizazione tradiziunale in l'industria, per quessa hè una tendenza inevitabbile per scopre novi metudi di grafitizazione.
U metudu di l'elettrolisi di sali fusi da u 19u seculu era più di un seculu di sviluppu, a so teoria di basa è i metudi novi sò in permanenza innuvazione è sviluppu, avà ùn hè più limitatu à l'industria metallurgica tradiziunale, à l'iniziu di u 21u seculu, u metallu in u sistema di sali fusi a preparazione di riduzzione elettrolitica di ossidu solidu di metalli elementari hè diventata u focu in u più attivu,
Ricertamenti, un novu metudu per a preparazione di materiali di grafite per l'elettrolisi di u sali fusu hà attiratu assai attenzione.
Per mezu di polarizazione catodica è l'elettrodeposizione, e duie forme sfarente di materie prime di carbone sò trasfurmate in materiali nano-grafiti cù un altu valore aghjuntu. In cunfrontu cù a tecnulugia di grafitizazione tradiziunale, u novu metudu di grafitizazione hà i vantaghji di a temperatura di grafitizazione più bassa è a morfologia cuntrullabile.
Stu documentu rivista u prugressu di a grafitizazione per u metudu elettrochimicu, introduce sta nova tecnulugia, analizeghja i so vantaghji è i disadvantages, è pruspettiva a so tendenza di sviluppu futuru.
Prima, u metudu di polarizazione di catodu elettroliticu di sali fusi
1.1 a materia prima
Attualmente, a materia prima principale di grafite artificiale hè u coke d'agulla è u coke di pitch di altu gradu di grafitizazione, vale à dì da u residu di oliu è u catramu di carbone cum'è materia prima per pruduce materiali di carbonu d'alta qualità, cù porosità bassa, bassu sulfuru, bassu frassino. cuntenutu è vantaghji di a grafitizazione, dopu a so preparazione in grafite hà una bona resistenza à l'impattu, alta resistenza meccanica, bassa resistività,
In ogni casu, riserve di petroliu limitati è i prezzi di u petroliu fluttuanti anu limitatu u so sviluppu, cusì a ricerca di novi materie prime hè diventata un prublema urgente per esse risoltu.
I metudi di grafitizazione tradiziunali anu limitazioni, è i metudi di grafitizazione diffirenti utilizanu materie prime diverse. Per u carbone non-graphitized, i metudi tradiziunali ponu appena graphitize lu, mentri la furmula elettrochimica di l'elettrolisi di u sali fusi rompe à traversu a limitazione di materie prime, è hè adattatu per quasi tutti i materiali di carbone tradiziunali.
I materiali di carbonu tradiziunale includenu carbone neru, carbone attivatu, carbone, etc., trà quale u carbone hè u più prometenti. L'inchiostru basatu in carbone piglia u carbone cum'è u precursore è hè preparatu in prudutti di grafite à alta temperatura dopu u pretrattamentu.
Ricertamenti, stu articulu prupone un novu mètudi electrochemical, cume Peng, da electrolysis sali fusi hè improbabile à graphitized carbon black in l 'alta cristallinità di grafite, l 'elettrolisi di campioni di grafite chì cuntenenu i chips nanometru di grafite forma petali, hà altu superficia specifichi. quandu s'utilice per u catodu di a batteria di lithium hà mostratu un eccellente rendimentu elettrochimicu più di u grafite naturali.
Zhu et al. Mette u carbone di bassa qualità trattatu di deashing in un sistema di sali fusi CaCl2 per l'elettrolisi à 950 ℃, è hà trasfurmatu cù successu u carbone di bassa qualità in grafite cù alta cristallinità, chì mostrava un bonu rendimentu di tassi è una longa vita di ciclu quandu s'utilice cum'è anodu di batteria di ioni di litio. .
L'esperimentu mostra chì hè fattibile di cunvertisce diversi tipi di materiali di carbonu tradiziunale in grafite per mezu di l'elettrolisi di u salinu fusu, chì apre un novu modu per u futuru grafite sinteticu.
1.2 u mecanismu di
U metudu di l'elettrolisi di sali fusi usa materiale di carbone cum'è catodu è u cunvertisce in grafite cù alta cristalinità per mezu di polarizazione catodica. At prisente, littiratura esistenti mintuvà a rimuzzioni di ossigenu è riarrangiamentu longa distanza di atomi di carbone in u prucessu di cunversione putenziale di polarization catodica.
A prisenza di l'ossigenu in i materiali di carbone impedirà a grafitizazione in una certa misura. In u prucessu di grafitizazione tradiziunale, l'ossigenu serà eliminatu lentamente quandu a temperatura hè più altu di 1600K. Tuttavia, hè estremamente convenientu di deoxidize attraversu polarizazione catodica.
Peng, etc. in l'esperimenti per a prima volta mette in avanti u mecanismu di putenziale di polarizazione catodica di l'elettrolisi di sali fusi, vale à dì a grafitizazione più u locu per cumincià hè di esse situatu in microsfere di carbone solidu / interfaccia elettroliti, prima forma di microsfera di carbonu attornu à un diametru di basi. cunchiglia di grafite, è poi mai stabile atomi di carbonu di carbonu anidru si sparghjenu à un fioccu di grafite esternu più stabile, finu à chì completamente grafitizzati,
U prucessu di grafitizazione hè accumpagnatu da a rimuzione di l'ossigenu, chì hè ancu cunfirmatu da esperimenti.
Jin et al. hà ancu pruvucatu stu puntu di vista attraversu esperimenti. Dopu a carbonizazione di glucose, a grafitizazione (17% di cuntenutu di l'ossigenu) hè stata realizata. Dopu à a grafitizazione, e sfere di carbonu solidu uriginale (Fig. 1a è 1c) formanu una cunchiglia porosa composta da nanosheets di grafite (Fig. 1b è 1d).
Per elettrolisi di fibre di carbone (16% ossigenu), e fibre di carbone ponu esse cunvertite in tubi di grafite dopu a grafitizazione secondu u mecanismu di cunversione speculatu in a literatura.
Cridutu chì, u muvimentu longa distanza hè sottu polarization catodic di atomi di carbonu u grafite altu cristallu à amorfu carbonu rearrange deve prucessu, grafite sinteticu petali unichi forma nanostrutture prufittatu da atomi di ossigenu da, ma u specifichi quantu à influenzà struttura nanometru grafite ùn hè micca chjaru. cum'è l'ossigenu da u scheletru di carbone dopu cumu à a reazione di cathode, etc.,
Attualmente, a ricerca nantu à u mecanismu hè sempre in a fase iniziale, è più ricerca hè necessaria.
1.3 Caratterizazione morfologica di grafite sinteticu
SEM hè utilizatu per osservà a morfologia microscòpica di a superficia di grafite, TEM hè utilizatu per osservà a morfologia strutturale di menu di 0,2 μm, XRD è spettroscopia Raman sò i mezi più cumunimenti utilizati per caratterizà a microstruttura di grafite, XRD hè utilizatu per caratterizà u cristallu. infurmazione di grafite, è spettroscopia Raman hè usatu pi carattirizà i difetti è ordine gradu di grafite.
Ci sò parechji pori in u grafitu preparatu da a polarizazione catodica di l'elettrolisi di u sali fusi. Per diverse materie prime, cum'è l'elettrolisi di carbonu neru, sò ottenuti nanostrutture porose simili à petali. L'analisi di spettru XRD è Raman sò realizati nantu à u neru di carbone dopu l'elettrolisi.
À 827 ℃, dopu avè trattatu cù una tensione di 2.6V per 1h, l'imaghjini spettrali Raman di carbone neru hè quasi uguale à quellu di grafite cummerciale. Dopu chì u neru di carbone hè trattatu cù diverse temperature, u piccu caratteristicu di grafite (002) hè misuratu. U piccu di diffrazione (002) rapprisenta u gradu d'orientazione di a strata di carbone aromaticu in grafite.
A più forte hè a capa di carbone, u più orientatu hè.
Zhu hà utilizatu u carbone inferjuri purificatu cum'è u catodu in l'esperimentu, è a microstruttura di u pruduttu grafitizatu hè stata trasfurmata da granulare à una struttura di grafite grande, è a strata stretta di grafite hè stata ancu osservata sottu à u microscopiu elettronicu di trasmissione d'alta velocità.
In i spettri Raman, cù u cambiamentu di e cundizioni sperimentali, u valore ID / Ig hà ancu cambiatu. Quandu a temperatura elettrolitica era 950 ℃, u tempu elettroliticu era 6h, è a tensione elettrolitica era 2.6V, u valore ID / Ig più bassu era 0.3, è u piccu D era assai più bassu cà u piccu G. À u listessu tempu, l'apparizione di u piccu 2D rapprisenta ancu a furmazione di una struttura di grafite assai urdinata.
U piccu di diffrazione forte (002) in l'imaghjini XRD cunfirma ancu a cunversione successu di carbone inferjuri in grafite cù alta cristalinità.
In u prucessu di graphitisation, l'aumentu di a temperatura è di a tensione hà da ghjucà un rolu di prumuzione, ma a tensione troppu alta riducerà u rendiment di grafite, è a temperatura troppu alta o u tempu di grafitizazione troppu longu hà da purtà à i perdi di risorse, cusì per i diversi materiali di carbone. , Hè particularmente impurtante di scopra e cundizioni elettrolitiche più apprupriati, hè ancu u focu è a difficultà.
Questa nanostruttura di fiocchi di petali hà eccellenti proprietà elettrochimiche. Un gran numaru di pori permettenu ioni per esse inseriti / deembedded rapidamente, furnisce materiali di cathode d'alta qualità per batterie, etc. Per quessa, u metudu di grafitizazione elettrochimicu hè un metudu di grafitizazione assai putenziale.
Metudu di l'elettrodeposizione di u sali fusu
2.1 Electrodeposition di carbon dioxide
Cum'è u gasu di serra più impurtante, u CO2 hè ancu una risorsa rinnuvevule micca tossica, innocu, economica è facilmente dispunibule. In ogni casu, u carbone in CO2 hè in u più altu statu d'ossidazione, cusì u CO2 hà una stabilità termodinamica alta, chì face difficiuli di reutilizazione.
A prima ricerca nantu à l'elettrodeposizione di CO2 pò esse tracciata à l'anni 1960. Ingram et al. preparatu cun successu di carbone nantu à l'elettrodu d'oru in u sistema di sali fusi di Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Van et al. hà signalatu chì i polveri di carbone ottenuti à e diverse putenziali di riduzzione avianu strutture diverse, cumprese grafite, carbonu amorfu è nanofibres di carbone.
Da u salinu fusu per catturà CO2 è u metudu di preparazione di u successu materiale di carbone, dopu un longu periodu di ricerca, i studiosi anu focu annantu à u mecanismu di furmazione di depositu di carbone è l'effettu di e cundizioni di l'elettrolisi nantu à u pruduttu finali, chì includenu a temperatura elettrolitica, a tensione elettrolitica è a cumpusizioni di sali fusi è elettrodi, etc., a preparazione di alta prestazione di materiali di grafite per l'elettrodeposizione di CO2 hà stabilitu una basa solida.
Cambiendu l'elettroliti è aduprendu un sistema di sali fusi basatu in CaCl2 cù una più alta efficienza di cattura di CO2, Hu et al. hà preparatu successu graphene cù un gradu di grafitizazione più altu è nanotubi di carbone è altre strutture nanografite studiendu e cundizioni elettrolitiche cum'è a temperatura di l'elettrolisi, a cumpusizioni di l'elettrodi è a cumpusizioni di sali fusi.
In cunfrontu cù u sistema di carbonate, CaCl2 hà i vantaghji di u prezzu è faciule d'ottene, alta conductività, faciule da dissolve in acqua, è solu solubilità più altu di ioni d'ossigenu, chì furnisce e cundizioni teorichi per a cunversione di CO2 in prudutti di grafite cù un altu valore aghjuntu.
2.2 Meccanismu di Trasfurmazione
A preparazione di materiali di carbone di altu valore aghjustatu per l'elettrodeposizione di CO2 da u sali fusu include principalmente a cattura di CO2 è a riduzione indiretta. A cattura di CO2 hè cumpletata da l'O2-liberu in u sali fondu, cum'è mostra in l'equazione (1):
CO2+O2-→CO3 2- (1)
Attualmente, sò stati pruposti trè miccanismi di reazzione di riduzzione indiretta: reazzione in un passu, reazzione in dui passi è mecanismu di reazzione di riduzzione di metalli.
U mecanismu di reazione in un passu hè statu prupostu prima da Ingram, cum'è mostra in l'Equazione (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
U mecanismu di reazione in dui passi hè statu prupostu da Borucka et al., cum'è mostra in l'Equazione (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
U mecanismu di reazzione di riduzzione di metalli hè statu prupostu da Deanhardt et al. Anu cridutu chì l'ioni metallichi sò stati prima ridotti à u metalu in cathode, è dopu u metale hè stata ridutta à ioni carbonate, cum'è mostra in l'Equazione (5 ~ 6):
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Attualmente, u mecanismu di reazione in un passu hè generalmente accettatu in a literatura esistente.
Yin et al. hà studiatu u sistema di carbonate Li-Na-K cù nichel cum'è catodu, diossidu di stagnu cum'è anodu è filu d'argentu cum'è elettrodu di riferimentu, è hà ottenutu a figura di prova di voltammometria ciclica in Figura 2 (tasso di scansione di 100 mV / s) à catodu di nichel, è hà trovu chì ci era solu un piccu di riduzzione (à -2.0V) in u scanning negativu.
Dunque, si pò cuncludi chì una sola reazzione hè accaduta durante a riduzzione di carbonate.
Gao et al. otteneva a stessa voltammetria ciclica in u stessu sistema di carbonate.
Ge et al. utilizatu anodu inerte è catodu di tungstenu per catturà CO2 in u sistema LiCl-Li2CO3 è ottene imaghjini simili, è solu un piccu di riduzzione di depositu di carbone apparsu in u scanning negativu.
In u sistema di sali fusi di metalli alkalini, i metalli alkali è CO seranu generati mentre u carbone hè dipositu da u catodu. Tuttavia, perchè e cundizioni termodinamiche di a reazzione di depositu di carbone sò più bassu à una temperatura più bassa, solu a riduzzione di carbonate à carbone pò esse rilevata in l'esperimentu.
2.3 Captura di CO2 da u salinu fusu per preparà prudutti di grafite
Nanomateriali di grafite d'altu valore aghjuntu, cum'è u grafene è i nanotubi di carbone, ponu esse preparati per l'elettrodeposizione di CO2 da u sali fusu cuntrullendu e cundizioni sperimentali. Hu et al. utilizatu l'acciaio inossidabile cum'è catodu in u sistema di sali fusi CaCl2-NaCl-CaO è electrolyzed for 4h under the condition of 2.6V constant voltage à diverse temperature.
Grazie à a catalisi di u ferru è à l'effettu splusivi di CO trà e strati di grafite, u graphene hè statu trovu nantu à a superficia di u cathode. U prucessu di preparazione di graphene hè mostratu in Fig.
U ritrattu
Studi più tardi aghjustatu Li2SO4 nantu à a basa di CaCl2-NaClCaO sistema di sali fusi, temperature electrolysis era 625 ℃, dopu à 4h di electrolysis, à u listessu tempu in u dipusizioni catodica di carbone trovu graphene è nanotubes di carbone, u studiu trovu chì Li + è SO4 2 - per purtà un effettu pusitivu nantu à a grafitizazione.
U zolfo hè ancu integratu cù successu in u corpu di carbone, è i fogli di grafite ultra-thin è u carbone filamentu pò esse ottenutu cuntrullendu e cundizioni elettrolitiche.
Materiale cum'è a temperatura elettrolitica di alta è bassa per a furmazione di grafene hè critica, quandu a temperatura più alta di 800 ℃ hè più faciule per generà CO invece di carbone, quasi nisuna deposizione di carbone quandu hè più altu di 950 ℃, cusì u cuntrollu di a temperatura hè estremamente impurtante. à pruducia graphene è nanotubes di carbone, è risturà u bisognu di riazzioni dipusizioni di carbone sinergia reazzione CO à assicurà chì u catodu à generà graphene stabile.
Questi travaglii furnisce un novu metudu per a preparazione di i prudutti nano-grafiti da CO2, chì hè di grande significatu per a suluzione di gasi di serra è a preparazione di graphene.
3. Riassuntu è Outlook
Cù u rapidu sviluppu di a nova industria di l'energia, u grafite naturali ùn hè micca capaci di risponde à a dumanda attuale, è u grafite artificiale hà megliu proprietà fisiche è chimiche di grafite naturali, cusì grafitizazione economica, efficiente è ecologica hè un scopu à longu andà.
I metudi elettrochimichi di grafitizazione in materie prime solidi è gasose cù u metudu di polarizazione catodica è di deposizione elettrochimica hè stata successu fora di i materiali di grafite cù un altu valore aghjuntu, cumparatu cù u modu tradiziunale di grafitizazione, u metudu elettrochimicu hè di più efficienza, cunsumu energeticu più bassu, Prutezzione di l'ambiente verde, per i picculi limitati da materiali selettivi à u stessu tempu, secondu e diverse cundizioni di l'elettrolisi pò esse preparatu à una diversa morfologia di struttura di grafite,
Parmette un modu efficau per ogni tipu di carbonu amorfu è gasi di serra per esse cunvertiti in materiali preziosi di grafite nanostrutturatu è hà una bona prospettiva di applicazione.
Attualmente, sta tecnulugia hè in a so zitiddina. Ci sò pocu studii nantu à a grafitizazione per u metudu elettrochimicu, è ci sò ancu assai prucessi incunniscenti. Per quessa, hè necessariu di principià da a materia prima è cunduce un studiu cumpletu è sistematicu nantu à diversi carboni amorfi, è à u stessu tempu scopre a termodinamica è a dinamica di a cunversione di grafite in un livellu più profundo.
Questi anu un significatu largu per u sviluppu futuru di l'industria di grafite.
Tempu di post: May-10-2021