Baterai natrium-ion telah menunjukkan potensi besar dalam penyimpanan energi skala besar karena keunggulannya seperti sumber daya yang melimpah, keamanan yang tinggi, dan kinerja suhu rendah yang sangat baik. Sebagai material inti baterai, elektroda negatif secara langsung memengaruhi metrik utama seperti kepadatan energi, kinerja siklus, dan efisiensi Coulombik awal. Karbon keras, dengan struktur kristal tak teratur yang unik dan pori-pori yang melimpah, telah menjadi material elektroda negatif pilihan untuk baterai natrium-ion. Lapisan grafitnya, mikropori tertutup, dan lokasi cacat permukaan memungkinkan penyimpanan natrium yang efisien, menawarkan keunggulan kapasitas tinggi. Saat ini, kunci industrialisasi terletak pada pemilihan prekursor karbon keras.
Prekursor karbon keras yang umum digunakan meliputi material polimer berbasis bio seperti tempurung kelapa, pati, bambu, dan jerami, serta bahan baku kimia seperti antrasit, aspal, dan resin fenolik. Produk karbon keras yang berasal dari berbagai prekursor menunjukkan variasi kinerja yang signifikan, dan struktur biayanya pun berbeda secara signifikan karena perbedaan sumber bahan baku.
Artikel ini menganalisis empat prekursor biomassa utama — tempurung kelapa, pati, bambu, dan jerami — untuk mengevaluasi kelebihan dan kekurangan masing-masing!
1. Batok Kelapa: Kinerja Tinggi namun Bergantung pada Impor
Keunggulan: Sangat berpori, kadar abu rendah, industrialisasi matang.
Tempurung kelapa, kulit bagian dalam kelapa dari pohon palem, digunakan dalam karbon aktif, kerajinan, dan industri baterai energi baru. Kuraray Jepang telah mengomersialkan karbon keras berbahan dasar tempurung kelapa, dengan menggunakan proses-proses seperti karbonisasi, penghancuran, perlakuan alkali, pemurnian panas, dan CVD.
Kekurangan: Pasokan terbatas, ketergantungan pada impor:
Produksi dalam negeri tidak mencukupi dan tingkat kekerasannya lebih rendah: Kelapa terutama ditanam di Indonesia, Filipina, Sri Lanka, dan India. Produksi utama Tiongkok berada di Hainan (99% produksi dalam negeri), tetapi produksi tahunan hanya memenuhi sekitar 6GWh permintaan baterai, jauh di bawah kebutuhan baterai natrium-ion di masa mendatang. Kelapa dari Hainan memiliki tingkat kekerasan yang lebih rendah karena paparan sinar matahari yang lebih lemah dibandingkan dengan daerah tropis.
Risiko impor: Sejak akhir tahun 2024, harga tempurung kelapa yang dikarbonisasi telah melonjak, menyebabkan ketidakstabilan rantai pasokan bagi perusahaan dalam negeri.
Hasil rendah: Hasil produksi karbon keras dari tempurung kelapa hanya 20%-25%, dengan 1GWh baterai membutuhkan sekitar 1.500 ton karbon keras, yang menuntut jumlah bahan baku yang sangat besar.
2. Pati: Sumber yang Berlimpah namun Prosesnya Rumit
Keuntungan: Pasar stabil, biaya rendah.
Pati, salah satu biomaterial terbarukan yang paling melimpah (dari jagung, ubi jalar, dll.), menawarkan ketersediaan yang luas dan tanpa risiko dari satu pemasok. Sebagai polisakarida yang umum, pati memiliki kandungan karbon yang tinggi dan biaya rendah. Morfologi bulat alaminya menjadikannya prekursor yang kompetitif untuk karbon keras, dengan konsistensi yang lebih baik (lebih sedikit pengotor) dibandingkan tempurung kelapa dan biodegradabilitas, sehingga memberikan keunggulan dalam hal keramahan lingkungan.
Kekurangan: Sintesis kompleks, biaya lebih tinggi:
Pati adalah polimer organik dengan kemurnian tinggi. Meskipun memungkinkan morfologi karbon keras yang disesuaikan melalui metode sintesis spesifik, prosesnya rumit. Misalnya, BSTR Tiongkok menggunakan pati dan material biomassa lainnya, yang melibatkan langkah-langkah seperti modifikasi, pirolisis, karbonisasi, dan perlakuan permukaan, yang meningkatkan biaya.
3 Bambu: Sumber Daya Terbarukan dengan Keterlibatan Industri Karbon Aktif
Keunggulan: Pertumbuhan cepat, sumber daya melimpah, pengolahan matang.
Bambu adalah salah satu spesies bambu yang paling banyak dibudidayakan dan bernilai ekonomis di Tiongkok, matang dalam 5-8 tahun. Bambu tumbuh luas dari Pegunungan Qinling hingga lembah Sungai Yangtze dan Taiwan, dengan beberapa budidaya di wilayah Sungai Kuning. Biayanya yang rendah membuatnya terkendali. Produksi karbon keras dari bambu melibatkan pra-perlakuan prekursor, karbonisasi, dan pasca-perlakuan, serupa dengan grafit buatan tetapi tanpa grafitisasi. Perusahaan karbon aktif seperti Yuanli Co. telah memasuki pasar karbon keras berbasis bambu karena proses yang tumpang tindih (misalnya, karbonisasi).
Kekurangan: Kualitas bahan baku tidak konsisten:
Variasi usia dan asal bambu memengaruhi kadar pengotor (kadar abu: 3-5%). Kadar abu yang tinggi, yang disebabkan oleh penyerapan tanah selama pertumbuhan, memerlukan pencucian asam intensif (perlakuan berulang atau dengan konsentrasi tinggi).
4. Jerami: Berlimpah namun Membutuhkan Keseragaman Solusi
Keunggulan: Limbah pertanian, biaya sangat rendah.
Jerami, sisa batang dan daun tanaman seperti padi, gandum, dan jagung, melimpah di Tiongkok (lebih dari 1 miliar ton per tahun pada tahun 2023). Jerami, yang secara tradisional digunakan sebagai pupuk atau bahan bakar, hampir tidak memerlukan biaya tambahan. Perusahaan seperti Shengquan Group menggunakan biorefining berbasis pelarut untuk mengekstrak lignin dan selulosa dari jerami, menghasilkan bioresin untuk prekursor karbon keras yang seragam.
Kekurangan: Komposisi kompleks, kandungan pengotor tinggi:
Jerami terdiri dari selulosa, hemiselulosa, dan lignin, dengan rasio yang bervariasi tergantung pada kondisi tanaman dan pertumbuhan. Jerami juga mengandung abu (misalnya, SiO₂), garam anorganik, dan pestisida, yang dapat membentuk fase pengotor selama karbonisasi, sehingga menurunkan kinerja elektrokimia.
Karbon Keras Biomassa Mana yang Akan Berkuasa?
Dari kinerja tempurung kelapa hingga kemurnian pati, kelimpahan bambu, dan keunggulan biaya jerami, setiap prekursor memiliki keunggulan yang unik. Pasar karbon keras di masa depan kemungkinan akan merangkul koeksistensi multi-rute.
Persaingan prekursor karbon keras: tempurung kelapa, pati, bambu, jerami, mana yang lebih prospektif?
Baterai natrium-ion telah menunjukkan potensi besar di bidang penyimpanan energi skala besar karena kelebihannya seperti sumber daya yang melimpah, keamanan yang tinggi, dan kinerja suhu rendah yang sangat baik.
Sebagai material inti baterai, elektroda negatif secara langsung memengaruhi indikator-indikator penting seperti kepadatan energi baterai, kinerja siklus, dan efisiensi Coulomb pertama. Karbon keras telah menjadi pilihan utama untuk material elektroda negatif baterai natrium-ion karena struktur kristalnya yang unik dan tidak teratur serta pori-porinya yang kaya. Lapisan grafit, mikropori tertutup, dan lokasi cacat permukaannya dapat menyimpan natrium secara efisien dan memiliki keunggulan kapasitas tinggi. Saat ini, kunci industrialisasi berfokus pada pemilihan prekursor karbon keras.
Bubuk Epik
Seiring dengan berkembangnya industri karbon keras, Bubuk Epik muncul sebagai mitra tepercaya untuk solusi material canggih. Dengan spesialisasi dalam peralatan pemrosesan bubuk presisi, kami memungkinkan produsen untuk mengoptimalkan persiapan material prekursor dengan teknologi mutakhir kami. Pabrik Jet Sistem. Untuk meningkatkan kapasitas produsen karbon keras, Bubuk Epik Memberikan keandalan proses yang dibutuhkan untuk menjaga kualitas anoda yang konsisten. Hubungi tim teknik kami untuk mendiskusikan spesifikasi proyek Anda.