U grafite hè divisu in grafite artificiale è grafite naturali, e 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 attraversu sopra à 2000 ℃ di trattamentu termicu à alta temperatura di l'atomi di carbonu di riarrangiamentu, però certi materiali di carbone in l'alta temperatura sopra 3000 ℃ di grafitizazione, stu tipu di materiali di carbone era cunnisciutu cum'è "carbone duru", per materiali carboniu grafitized faciuli, lu mètudu graphitization tradiziunali include alta temperatura è metudu altu prissioni, graphitization catalitic, 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 in fondu matura avà.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 d'ossidu solidu di metalli elementari hè diventata u focus 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 di catrame di carbone cum'è materia prima per pruduce materiali di carbonu d'alta qualità, cù porosità bassu, 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,
Tuttavia, 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 a furmula elettrochimica di l'elettrolisi di sali fusi rompe a limitazione di materie prime, è hè adattatu per quasi tutti i materiali di carbone tradiziunali.
I materiali di carbonu tradiziunali 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 pre-trattamentu.
Ricertamenti, stu articulu prupone un novu mètudi electrochemical, cume Peng, da electrolysis sali fusi hè improbabile à graphitized carbon black in l 'alta crystallinity 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 bateria di lithium hà mostratu un eccellente rendimentu elettrochimicu più cà 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 cristalinità, chì dimustrava un bonu rendimentu di tassi è una longa vita di ciclu quandu hè utilizatu cum'è anodu di batteria di ioni di litio. .
L'esperimentu mostra chì hè fattibile di cunvertisce diversi tipi di materiali di carbonu tradiziunali in grafite per mezu di l'elettrolisi di u sali fusi, chì apre un novu modu per u futuru grafitu 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 carbonu solidu / interfaccia elettroliti, prima forma di microsfera di carbone attornu à un diametru di basi. cunchiglia di grafite, è poi mai stabile atomi di carbonu di carbonu anidru spargugliatu à fiocchi di grafite esterno 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.ancu pruvucatu stu puntu di vista à traversu esperimenti.Dopu a carbonizazione di glucose, a grafitizazione (17% di cuntenutu di l'ossigenu) hè stata realizata.Dopu à a grafitizazione, i 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 carbon rearrange deve prucessu, grafite sinteticu petali unichi forma nanostrutture prufittatu da atomi di ossigenu da, ma u specifichi quantu à influenzà struttura nanometru di grafite ùn hè micca chjaru. cum'è l'ossigenu da u scheletru di carbone dopu cumu à a reazzione di cathode, etc.,
Attualmente, a ricerca nantu à u mecanismu hè sempre in u stadiu 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 carattarizà 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 di catodi di l'elettrolisi di u sali fusi.Per diverse materie prime, cum'è l'elettrolisi neru di carbone, 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 di grafite stretta hè stata osservata ancu 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 hè 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 altamente 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 graphitization, l'aumentu di a temperatura è 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 portarà à u perdu 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 sali fusi
2.1 Electrodeposition di carbon dioxide
Cum'è u gasu di serra più impurtante, u CO2 hè ancu una risorsa rinnuvevule micca tossica, innocua, 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 in 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 nanofibre di carbone.
Da u salinu fusu per catturà CO2 è u metudu di preparazione di u successu materiale di carbone, dopu à 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 utilizendu un sistema di sali fusi basatu in CaCl2 cù una più alta efficienza di cattura di CO2, Hu et al.grafene preparatu successu cù u gradu di grafitizazione più altu è nanotubi di carbone è altre strutture nanographite 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 di dissolve in acqua, è 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 carbonu di altu valore aghjuntu 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 tappe 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 metalli 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 (tassu di scanning di 100 mV / s) à catodu di nichel, è hà truvatu 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.ottenutu a stessa voltammetria ciclica in u listessu 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 fondu 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 per 4h sottu a cundizione di tensione constante 2.6V à diverse temperature.
Grazie à a catalisi di u ferru è à l'effettu splusivi di CO trà i 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 altu di 800 ℃ hè più faciule per generà CO invece di carbone, quasi nisuna deposizione di carbone quandu 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 dipositu di carbone CO sinergia riazzioni 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 significazione 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 statu 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 ponu esse preparati in diverse morfologia di struttura di grafite,
Fornisce 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 pochi 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: 10-May-2021