ปัจจุบันคาร์บอนแข็งเป็นวัสดุแอโนดชั้นนำในเชิงพาณิชย์สำหรับ แบตเตอรี่โซเดียมไอออน (แบตเตอรี่โซเดียมไอออน) มี kapasitas การกักเก็บโซเดียมที่ใช้งานได้จริง 200-350 mAh/g และทำงานที่ศักย์ไฟฟ้าต่ำเพียงพอที่จะใช้ประโยชน์ได้ในการกำหนดค่าเซลล์เต็มรูปแบบ อุปสรรคต่อการนำไปใช้ในวงกว้างคือขั้นตอนเริ่มต้น ประสิทธิภาพคูลอมบิก (ICE): อัตราส่วนของความจุการคายประจุรอบแรกต่อความจุการชาร์จรอบแรก สำหรับวัสดุคาร์บอนแข็งหลายชนิด ค่า ICE จะอยู่ในช่วง 70-85% ซึ่งหมายความว่าโซเดียม 15-30% ที่ถูกใส่เข้าไปในระหว่างการชาร์จครั้งแรกจะสูญเสียไปอย่างถาวรและไม่สามารถกู้คืนได้อีก ในเซลล์ที่สมบูรณ์ โซเดียมที่สูญเสียไปนี้จะต้องได้รับการชดเชยด้วยวัสดุแคโทดเพิ่มเติม ซึ่งจะเพิ่มน้ำหนัก ปริมาตร และต้นทุนในการออกแบบเซลล์.
นักวิจัยเข้าใจกลไกสองอย่างที่อยู่เบื้องหลังค่า ICE ต่ำเป็นอย่างดี ได้แก่ การบริโภคโซเดียมที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในระหว่างการก่อตัวของฟิล์ม SEI ที่พื้นผิวแอโนด และการดักจับไอออนโซเดียมที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในข้อบกพร่องของพื้นผิวและหมู่ฟังก์ชัน แต่ในบริบทการผลิตนั้นมีการกล่าวถึงน้อยกว่าว่าลักษณะทางสัณฐานวิทยาของผงวัสดุคาร์บอนแข็งมีอิทธิพลโดยตรงต่อกลไกทั้งสองนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของผงมีอิทธิพลต่อรูปร่างของอนุภาค (ความกลม) พื้นที่ผิวจำเพาะ และโครงสร้างรูพรุน ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่ขั้นตอนการแปรรูปอนุภาคเป็นตัวกำหนดเป็นหลัก ไม่ใช่เคมีในการสังเคราะห์.
บทความนี้กล่าวถึงความเชื่อมโยงเชิงกลไกระหว่างลักษณะทางกายภาพของผงและ ICE ข้อจำกัดในทางปฏิบัติที่เกิดขึ้นกับวิธีการควบคุมลักษณะทางกายภาพ และเหตุผลที่ต้องใช้เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบด การกัดเจ็ท มีข้อดีเหนือกว่าการบดด้วยลูกบอลแบบดั้งเดิมสำหรับการแปรรูปคาร์บอนแข็ง.
ปัญหาของฟิล์ม SEI: เหตุใดพื้นที่ผิวและรูปทรงจึงมีความสำคัญ
ในระหว่างรอบการชาร์จครั้งแรกของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน สารละลายอิเล็กโทรไลต์จะไม่มีเสถียรภาพทางอุณหพลศาสตร์ที่ศักย์ไฟฟ้าของขั้วบวกคาร์บอนแข็ง มันจะสลายตัวที่พื้นผิวคาร์บอน ก่อตัวเป็นฟิล์ม SEI ซึ่งเป็นชั้นป้องกันการกัดกร่อนแบบผสมระหว่างสารอินทรีย์และอนินทรีย์ ที่นำไฟฟ้าได้ (ไอออนโซเดียมสามารถผ่านได้) แต่เป็นฉนวนไฟฟ้า (มันหยุดการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ต่อไปเมื่อเกิดขึ้นแล้ว) ฟิล์ม SEI มีความสำคัญอย่างยิ่ง หากไม่มีมัน สารละลายอิเล็กโทรไลต์จะยังคงสลายตัวต่อไปตลอดอายุการใช้งานของเซลล์ แต่การสร้างฟิล์ม SEI นั้นใช้โซเดียมไปอย่างถาวร และนั่นคือปัญหาหลักของแบตเตอรี่แบบใช้ไอออน.
ปัจจัยทางสัณฐานวิทยา 2 ประการเป็นตัวกำหนดปริมาณโซเดียมที่การก่อตัวของ SEI ใช้ไป ประการแรก พื้นที่ผิวจำเพาะ: การก่อตัวของฟิล์ม SEI เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างคาร์บอนกับอิเล็กโทรไลต์ ยิ่งมีส่วนต่อประสานมากเท่าไร ก็ยิ่งมี SEI มากขึ้นเท่านั้น ซึ่งหมายถึงมีการใช้โซเดียมมากขึ้น ผงคาร์บอนแข็งที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงเนื่องจากมีรูพรุนเปิดจำนวนมาก ความหยาบของพื้นผิว หรือขนาดอนุภาคเล็กมาก จะสูญเสียโซเดียมไปกับ SEI มากกว่าผงคาร์บอนที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะต่ำกว่าที่ความจุเท่ากัน ประการที่สอง ข้อบกพร่องบนพื้นผิวและหมู่ฟังก์ชัน: หมู่ฟังก์ชันบนพื้นผิวที่มีออกซิเจนเป็นองค์ประกอบ (–COOH, –OH) ทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์ได้ดีกว่าและดักจับไอออนโซเดียมอย่างถาวรผ่านการดูดซับ ข้อบกพร่องบนพื้นผิว เช่น ตำแหน่งขอบ พันธะคาร์บอนที่แตกหัก และพันธะที่ขาด ก็มีปฏิกิริยาเช่นเดียวกัน ทั้งสองอย่างมีอยู่ในอนุภาคที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ มีขอบและมุมที่แหลมคม มากกว่าอนุภาคที่เรียบและกลม.
รูปร่างของอนุภาคมีผลต่อน้ำแข็งอย่างไร
อิทธิพลของรูปร่างอนุภาคต่อ ICE เกิดขึ้นผ่านทางพื้นที่ผิวจำเพาะและความหนาแน่นของข้อบกพร่องบนพื้นผิวดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น อนุภาคที่ไม่สม่ำเสมอ เช่น ชิ้นส่วนยาว เศษเหลี่ยม และแผ่นแบน มีพื้นที่ผิวต่อปริมาตรมากกว่าอนุภาคทรงกลมที่มีขนาดเฉลี่ยเท่ากัน นอกจากนี้ยังมีขอบ มุม และความไม่ต่อเนื่องบนพื้นผิวมากกว่า ซึ่งเป็นบริเวณที่ข้อบกพร่องกระจุกตัวอยู่.
งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร ACS Nano แสดงให้เห็นว่า การปรับสถานะการผสมออร์บิทัลของวัสดุคาร์บอนเพื่อเพิ่มปริมาณคาร์บอนแบบ sp2 ที่บริเวณส่วนต่อประสาน สามารถลดพลังงานการยึดเกาะของอิเล็กโทรไลต์และยับยั้งการเติบโตของชั้น SEI ที่ไม่สม่ำเสมอได้ ในทางปฏิบัติ หมายความว่า พื้นผิวอนุภาคที่กลมกว่าและมีความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำกว่านั้นเป็นที่ต้องการมากกว่า และความกลมเป็นพารามิเตอร์การประมวลผลที่ควบคุมโดยตรงที่สุดว่าพื้นผิวอนุภาคจะเรียบและมี sp2 เป็นหลัก หรือขรุขระและมีข้อบกพร่องมาก.
ความกลมที่สูงขึ้นยังช่วยเพิ่มความหนาแน่นในการบรรจุอิเล็กโทรด (ความหนาแน่นจากการอัด) ซึ่งช่วยให้มีวัสดุที่ใช้งานได้มากขึ้นต่อปริมาตรอิเล็กโทรดหนึ่งหน่วย และลดอัตราส่วนของอิเล็กโทรไลต์ต่อวัสดุที่ใช้งานในอิเล็กโทรด ซึ่งจะช่วยจำกัดการก่อตัวของ SEI ได้อีกด้วย.
โครงสร้างรูพรุนส่งผลต่อ ICE อย่างไร
คาร์บอนแข็งประกอบด้วยรูพรุนสามประเภทที่แตกต่างกัน โดยแต่ละประเภทมีผลต่อการกักเก็บโซเดียมและ ICE แตกต่างกัน.
รูพรุนเปิดและพื้นที่ผิวจำเพาะ
รูพรุนเปิด — รูพรุนขนาดกลางและขนาดใหญ่ที่อิเล็กโทรไลต์สามารถเข้าถึงได้ — ช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวจำเพาะและให้ส่วนต่อประสานเพิ่มเติมสำหรับการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์และการก่อตัวของ SEI พื้นที่ผิว BET ของคาร์บอนแข็งสำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออนโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 2-15 ตารางเมตรต่อกรัม วัสดุที่มีค่าสูงกว่าใน1ช่วงนี้จะสูญเสียโซเดียมไปกับ SEI ในสัดส่วนที่มากขึ้น รูพรุนเปิดมีประโยชน์ต่อการเปียกของอิเล็กโทรไลต์และจลนศาสตร์การขนส่งโซเดียมไอออน แต่มีต้นทุนสูงในแง่ของ ICE เป้าหมายของการประมวลผลคือการลดรูพรุนเปิดที่ไม่จำเป็นให้น้อยที่สุดในขณะที่รักษารูพรุนปิดไว้.
รูพรุนขนาดเล็กและการดักจับโซเดียม
รูพรุนขนาดเล็ก โดยเฉพาะรูพรุนขนาดเล็กมากที่ต่ำกว่า 0.7 นาโนเมตร เป็นแหล่งสำคัญสำหรับการดักจับโซเดียมแบบถาวร งานวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Nature Communications แสดงให้เห็นว่ากระบวนการแยกตัวของโซเดียมไอออนในรูพรุนขนาดนาโนส่งผลกระทบอย่างมากต่อ ICE: โซเดียมไอออนที่เข้าไปในรูพรุนที่มีขนาดเล็กกว่าประมาณ 0.7 นาโนเมตร จะไม่สามารถออกมาได้ง่ายเมื่อแยกตัวแล้ว และจะสูญเสียไปเป็นความจุแบบถาวร นอกจากนี้ รูพรุนขนาดเล็กยังเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างอิเล็กโทรไลต์กับคาร์บอน ส่งเสริมการก่อตัวของ SEI ที่ไม่สม่ำเสมอ.
ผลกระทบต่อกระบวนการแปรรูปอนุภาค: วิธีใดก็ตามที่สร้างรูพรุนขนาดเล็กเพิ่มเติมในโครงสร้างคาร์บอนแข็งจะทำให้ประสิทธิภาพของ ICE ลดลง นี่คือข้อจำกัดเฉพาะของการบดด้วยลูกบอลพลังงานสูงแบบดั้งเดิมสำหรับคาร์บอนแข็ง แรงทางกลจะทำลายพันธะ CC ทำให้เกิดอนุมูลอิสระและข้อบกพร่องบนพื้นผิว ซึ่งในระหว่างการอบชุความร้อนในภายหลังจะก่อให้เกิดรูพรุนขนาดเล็กจำนวนมาก การบดด้วยลูกบอลแบบควบคุมอาจมีประโยชน์สำหรับการลดขนาดเริ่มต้น แต่ต้องจำกัดพารามิเตอร์อย่างเข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างรูพรุนขนาดเล็กมากเกินไป.
รูพรุนปิดและการกักเก็บโซเดียม
ช่องว่างที่ไม่สามารถเข้าถึงได้โดยอิเล็กโทรไลต์เป็นประเภทรูพรุนที่ซับซ้อนที่สุดและมีค่ามากที่สุดในคาร์บอนแข็งสำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออน รูพรุนปิดในช่วง 2-3 นาโนเมตรเป็นตำแหน่งหลักสำหรับกลไกการกักเก็บโซเดียมแบบ "เติมรูพรุน" ซึ่งทำให้คาร์บอนแข็งมีความจุสูงที่ศักย์ไฟฟ้าต่ำ (ต่ำกว่า 0.1 V เทียบกับ Na/Na+) เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์ไม่สามารถเข้าไปในรูพรุนปิดได้ โซเดียมที่เก็บไว้ในนั้นจึงไม่ก่อให้เกิดการก่อตัวของ SEI นี่คือการกักเก็บโซเดียมแบบ ICE-positive งานวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Advanced Functional Materials แสดงให้เห็นว่าการปรับขนาดและการกระจายตัวของรูพรุนปิดช่วยปรับปรุงจลนศาสตร์การแพร่กระจายของโซเดียมและความสามารถในการทำงานที่อัตราสูง.
ดังนั้น การรักษาโครงสร้างรูพรุนแบบปิดผ่านกระบวนการแปรรูปอนุภาคจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง การแปรรูปเชิงกลที่ใช้เวลานานหรือใช้พลังงานสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการบดด้วยลูกบอลแบบสั่นสะเทือนเป็นเวลานาน อาจทำให้รูพรุนแบบปิดยุบตัวลงด้วยแรงกระแทกจากการบีบอัด ซึ่งจะทำลายบริเวณที่ทำให้คาร์บอนแข็งเป็นขั้วบวกที่มีประสิทธิภาพสำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออน นี่คือดาบสองคมของการบดด้วยลูกบอลสำหรับคาร์บอนแข็ง การกระทำเชิงกลแบบเดียวกันที่ทำให้เกิดการลดขนาดและการทำให้เป็นทรงกลม อาจทำลายโครงสร้างรูพรุนที่กำหนดประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าได้.
| ประเภทรูขุมขน | ช่วงขนาด | เอฟเฟกต์ ICE | ผลกระทบจากการประมวลผล |
| รูพรุนเปิด (เมโซพอรัส) | 2-50 นาโนเมตร | ผลลบ — เพิ่มการก่อตัวของ SEI | ลดให้น้อยที่สุด; พยายามรักษาพื้นที่ผิว BET ให้ต่ำกว่า 5 ตารางเมตรต่อกรัม หากเป็นไปได้ |
| รูพรุนขนาดเล็กมาก | < 0.7 นาโนเมตร | เป็นลบอย่างมาก — การดักจับโซเดียมแบบถาวร | หลีกเลี่ยงการสร้างสิ่งใหม่ๆ ระหว่างกระบวนการผลิต หลีกเลี่ยงการบดด้วยลูกบอลมากเกินไป |
| รูขุมขนปิดสนิท (เหมาะสมที่สุด) | 2-3 นาโนเมตร | ข้อดี — การจัดเก็บโซเดียมความจุสูงและเป็นกลางต่อ ICE | รักษาคุณภาพด้วยกระบวนการแปรรูป หลีกเลี่ยงการกระทบกระเทือนจากพลังงานสูง |
วิธีการควบคุมรูปร่าง: การบำบัดด้วยพลาสมาและการบดด้วยลูกบอล
การบำบัดด้วยพลาสมา: การทำความสะอาดพื้นผิวโดยไม่ทำลายรูขุมขน
การบำบัดด้วยพลาสมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งการปล่อยประจุผ่านฉนวน (DBD) ในบรรยากาศรีดิวซ์ เช่น H2 หรือ CO เป็นวิธีการทางวิศวกรรมพื้นผิวชนิดหนึ่ง วิธีนี้ช่วยแก้ปัญหาเรื่องหมู่ฟังก์ชันโดยไม่รบกวนโครงสร้างรูพรุนภายใน อนุภาคพลาสมาพลังงานสูงจะกัดเซาะและกำจัดหมู่ที่มีออกซิเจนบนพื้นผิว (-COOH, -OH) ซึ่งหากไม่ได้รับการรักษาจะดักจับโซเดียมอย่างถาวร การบำบัดแบบเดียวกันนี้ยังสามารถซ่อมแซมข้อบกพร่องบนพื้นผิวและกระตุ้นให้เกิดการกราไฟต์บางส่วนของชั้นผิวนอกสุดได้ นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงทั้งค่าการนำไฟฟ้าของ ICE และค่าการนำไฟฟ้าที่ส่วนต่อประสานได้อีกด้วย.
ข้อจำกัดในทางปฏิบัติของการบำบัดด้วยพลาสมาคือ มันทำงานกับลักษณะพื้นผิวที่มีอยู่แล้ว ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงขนาดหรือความกลมของอนุภาคได้ คาร์บอนแข็งที่ออกมาจากกระบวนการไพโรไลซิสเป็นชิ้นส่วนเหลี่ยมมุมไม่สม่ำเสมอ จะยังคงไม่สม่ำเสมอต่อไปหลังจากการบำบัดด้วยพลาสมา โดยคงไว้ซึ่งลักษณะที่มีพื้นที่ผิวสูงและมีความหนาแน่นของข้อบกพร่องสูง ซึ่งเป็นข้อจำกัดของ ICE การบำบัดด้วยพลาสมาจะมีประสิทธิภาพมากที่สุดในฐานะขั้นตอนหลังการประมวลผล หลังจากที่รูปร่างและขนาดของอนุภาคได้รับการปรับให้เหมาะสมแล้วโดยการบด.
การบดด้วยลูกบอล: มีประโยชน์แต่ต้องควบคุมพารามิเตอร์อย่างเข้มงวด
การบดด้วยลูกบอลสามารถลดขนาดและทำให้คาร์บอนแข็งมีรูปร่างทรงกลมบางส่วนได้ การบดด้วยลูกบอลพลังงานสูงโดยปรับเวลาการบดและขนาดของตัวกลางให้เหมาะสม จะทำให้ได้อนุภาคขนาดเล็กกว่าไมครอนไปจนถึงขนาดไมครอนที่มีความกลมมากขึ้นเมื่อเทียบกับเศษชิ้นส่วนที่ไม่สม่ำเสมอที่ได้จากการเผาไหม้ แรงทางกลระหว่างการบดยังสามารถปรับโครงสร้างรูพรุนได้ด้วย: คาร์บอนแข็งที่ได้จากน้ำมันดินและเรซินฟีนอลแสดงให้เห็นปริมาณรูพรุนปิดที่เพิ่มขึ้นหลังจากผ่านการบดด้วยลูกบอลอย่างควบคุมแล้วตามด้วยการอบชุบด้วยความร้อน.
อย่างไรก็ตาม แรงทางกลเดียวกันที่ก่อให้เกิดผลดีเหล่านี้ อาจทำลายรูพรุนปิดที่มีอยู่ได้ สิ่งนี้เกิดขึ้นหากพารามิเตอร์การบดไม่ได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด การเพิ่มพื้นที่ผิวจำเพาะมากเกินไปผ่านการสร้างรูพรุนขนาดเล็ก และการปนเปื้อนของโลหะจากการสึกหรอของวัสดุบด พลังงานการบดที่ยอมรับได้นั้นมีค่าสูงสุดที่จุดเริ่มต้นของการยุบตัวของรูพรุน และค่าต่ำสุดที่การลดขนาดไม่เพียงพอหรือการเกิดทรงกลม ช่วงค่านี้จะแคบกว่าสำหรับคาร์บอนแข็งเมื่อเทียบกับแร่ธาตุส่วนใหญ่ ขึ้นอยู่กับสารตั้งต้นและสภาวะการเผาไหม้ที่เฉพาะเจาะจง การควบคุมพารามิเตอร์การบดต้องอาศัยการปรับให้เหมาะสมโดยอาศัยประสบการณ์สำหรับสูตรคาร์บอนแข็งแต่ละสูตร.
การบดด้วยเจ็ทมีประโยชน์อย่างไร: ข้อดีเหนือกว่าการบดด้วยลูกบอลสำหรับวัสดุคาร์บอนแข็ง
การบดด้วยเจ็ทในเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์ช่วยแก้ไขข้อจำกัดหลายประการของการบดด้วยลูกบอล ซึ่งเป็นข้อจำกัดเฉพาะของการแปรรูปคาร์บอนแข็งสำหรับขั้วบวกของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน.
ไม่ใช้เม็ดบด: ปราศจากสิ่งปนเปื้อนจากโลหะ
การบดแบบเจ็ท (Jet milling) บดคาร์บอนแข็งโดยอาศัยการชนกันระหว่างอนุภาคเท่านั้น โดยใช้แรงดันจากเจ็ทก๊าซอัด ไม่มีวัสดุบดและไม่มีการสัมผัสระหว่างวัสดุบดกับอนุภาค การปนเปื้อนของโลหะจากการสึกหรอ—เช่น เหล็ก โครเมียม และโลหะอื่นๆ ที่วัสดุบดแบบลูกบอลเหล็กหรือแม้แต่เซรามิกนำเข้ามาในผลิตภัณฑ์—จึงถูกกำจัดออกไป สำหรับวัสดุขั้วบวกของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน ซึ่งสิ่งเจือปนที่เป็นโลหะสามารถเร่งการสลายตัวของ SEI หรือนำสารที่ออกฤทธิ์ทางเคมีไฟฟ้าเข้ามาได้ การประมวลผลที่ปราศจากการปนเปื้อนจึงเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญ.
พลังงานกระแทกที่ควบคุมได้: การรักษาโครงสร้างรูขุมขนให้ปิดสนิท
ข้อจำกัดที่สำคัญของการบดด้วยลูกบอลสำหรับคาร์บอนแข็งคือ พลังงานกระแทกที่มากเกินไปจะทำลายรูพรุนที่ปิดสนิท ในเครื่องบดแบบเจ็ทที่มีฟลูอิไดซ์เบด พลังงานการบดจะถูกควบคุมโดยความดันก๊าซ (โดยทั่วไป 4-8 บาร์) และการจัดเรียงเจ็ท ที่สำคัญคือ พลังงานทั้งหมดที่ส่งไปยังอนุภาคแต่ละตัวจะถูกกำหนดโดยระยะเวลาที่อยู่ในโซนการบด ซึ่งถูกควบคุมโดยล้อคัดแยกแบบรวม เมื่ออนุภาคมีขนาดถึงขนาดเป้าหมาย ล้อคัดแยกจะนำอนุภาคออกจากโซนการบดทันที โดยจะไม่ได้รับแรงกระแทกเพิ่มเติมที่อาจทำให้โครงสร้างรูพรุนเสียหาย การนำอนุภาคที่มีขนาดตามข้อกำหนดออกอย่างรวดเร็วนี้เองที่ทำให้เครื่องบดแบบเจ็ทสามารถบรรลุเป้าหมาย D50 ได้โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการมากเกินไปซึ่งจะทำลายรูพรุนที่ปิดสนิทในเครื่องบดแบบลูกบอล.
แรงดันในการบดสามารถปรับได้เช่นกัน แรงดันต่ำจะทำให้เกิดการชนกันน้อยลง ซึ่งเหมาะสมสำหรับคาร์บอนแข็งที่ต้องการรักษาโครงสร้างรูพรุนไว้ แรงดันสูงจะใช้เมื่อการลดขนาดอนุภาคเป็นเป้าหมายหลัก ความสามารถในการปรับแต่งนี้ช่วยให้วิศวกรกระบวนการสามารถปรับสมดุลระหว่างการลดขนาด การทำให้เป็นทรงกลม และการรักษาโครงสร้างรูพรุนสำหรับสูตรคาร์บอนแข็งเฉพาะได้อย่างเหมาะสม.
บรรยากาศไนโตรเจน: ป้องกันการเกิดออกซิเดชันบนพื้นผิว
พื้นผิวคาร์บอนแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งพื้นผิวที่ผ่านกระบวนการแปรรูปใหม่ให้มีขนาดอนุภาคเล็กลงและมีพื้นผิวใหม่ที่สัมผัสกับอากาศ จะไวต่อการเกิดออกซิเดชันในอากาศ การเกิดออกซิเดชันบนพื้นผิวจะทำให้เกิดหมู่ฟังก์ชันที่มีออกซิเจน ซึ่งเป็นหมู่ฟังก์ชันเดียวกับที่การบำบัดด้วยพลาสมากำจัดออกไป ทำให้เกิดการก่อตัวของ SEI เพิ่มขึ้นและลด ICE เครื่องบดแบบเจ็ทสามารถทำงานในบรรยากาศไนโตรเจนแบบปิด โดยใช้ไนโตรเจนเป็นก๊าซบดแทนอากาศอัด ซึ่งจะช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวที่เกิดขึ้นใหม่ระหว่างขั้นตอนการบด นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับคาร์บอนแข็งที่ได้จากสารตั้งต้นที่ไวต่อออกซิเจน หรือสำหรับวัสดุที่มีการกำหนดเคมีพื้นผิวไว้อย่างเข้มงวด.
ขนาดอนุภาคและความเป็นทรงกลมสำหรับการใช้งานในขั้วแอโนดของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน
ขนาดอนุภาคเป้าหมายทั่วไปสำหรับผงคาร์บอนแข็งที่ใช้เป็นขั้วบวกในแบตเตอรี่โซเดียมไอออนคือ D50 อยู่ในช่วง 5-12 ไมครอน และ D97 ต่ำกว่า 20-25 ไมครอน ช่วงนี้จะช่วยสร้างสมดุลระหว่างความหนาแน่นของการบรรจุอิเล็กโทรด การเข้าถึงของอิเล็กโทรไลต์ และความยาวของเส้นทางการแพร่ของโซเดียมภายในอนุภาค เครื่องบดแบบเจ็ทที่มีเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดพร้อมตัวคัดแยกแบบไดนามิกในตัวสามารถผลิตคาร์บอนแข็งในขนาดนี้ได้อย่างสม่ำเสมอ โดยมีขีดจำกัดบนของ D97 ที่ควบคุมได้ ตัวคัดแยกจะป้องกันไม่ให้อนุภาคขนาดใหญ่เกินไปปะปนเข้าไปในกระแสผลิตภัณฑ์ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการเคลือบอิเล็กโทรดที่ไวต่อขนาดอนุภาคที่ผิดปกติ.
| ปัจจัย | การบดด้วยลูกบอล | การกัดเจ็ทแบบฟลูอิไดซ์เบด |
| การปนเปื้อนของโลหะ | ใช่ค่ะ — สื่อและแผ่นรอง | ไม่มี — ไม่มีสื่อใดๆ |
| การรักษารูขุมขนให้ปิดสนิท | ความเสี่ยงที่เกิดจากการใช้พลังงานสูงหรือการบดเป็นเวลานาน | ดีกว่า — ตัวจำแนกจะกำจัดอนุภาคออกก่อนที่จะประมวลผลมากเกินไป |
| การสร้างไมโครพอรัส | มีความเสี่ยงสูงหากทำการบดมากเกินไป | พลังงานกระแทกที่ควบคุมได้ต่ำกว่า |
| การควบคุม D97 | ต้องใช้ตัวจำแนกภายนอก ความแม่นยำน้อยกว่า | ตัวจำแนกแบบบูรณาการ — อัปเปอร์คัตหนัก |
| ตัวเลือกบรรยากาศไนโตรเจน | มีความซับซ้อนและมีราคาแพงสำหรับเครื่องบดลูกบอลแบบเปียก/แห้ง | ตัวเลือกมาตรฐานสำหรับเครื่องพ่นน้ำ |
| ความเสี่ยงต่อการเกิดออกซิเดชันของพื้นผิว | ปานกลาง — การติดต่อกับสื่อมวลชนก่อให้เกิดความร้อนแรง | ด้านล่าง — ผลการระบายความร้อนจากการขยายตัวของก๊าซ; ตัวเลือก N2 |
| กลไกการเกิดทรงกลม | การขัดถูเชิงกล (มีประสิทธิภาพ แต่ต้องปรับให้เหมาะสม) | การชนกันของอนุภาคพลังงานต่ำซ้ำๆ (นุ่มนวลกว่า) |
| การแปรรูปคาร์บอนแข็งเพื่อใช้เป็นขั้วบวกของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน? ผงเอพิค เครื่องบดแบบเจ็ทฟลูอิไดซ์เบดของ Machinery ถูกออกแบบมาสำหรับวัสดุคาร์บอนแข็งและวัสดุแอโนดแบตเตอรี่โซเดียมไอออนอื่นๆ โดยให้การประมวลผลอนุภาคที่ควบคุมรูปร่างได้ ปราศจากสิ่งปนเปื้อน ในบรรยากาศไนโตรเจนแบบปิด เราเสนอบริการบดทดสอบฟรีสำหรับวัสดุคาร์บอนแข็งของคุณ และส่งคืนข้อมูล PSD ภาพ SEM ที่ยืนยันความกลม การวัดพื้นที่ผิว BET และการกำหนดค่ากระบวนการที่แนะนำ โปรดแจ้งประเภทวัสดุตั้งต้นของคุณ ค่า D50 เป้าหมาย ความกลมที่ต้องการ และว่าจำเป็นต้องใช้บรรยากาศไนโตรเจนสำหรับงานของคุณหรือไม่. ขอรับบริการทดสอบการเจียรคาร์บอนแข็งฟรี: www.jet-mills.com/contact-us สำรวจโซลูชันวัสดุสำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออนของเรา: www.jet-mills.com |
ผงมหากาพย์
บริษัท Epic Powder มีประสบการณ์มากกว่า 20 ปีในอุตสาหกรรมผงละเอียดพิเศษ เราส่งเสริมการพัฒนาผงละเอียดพิเศษในอนาคตอย่างแข็งขัน โดยมุ่งเน้นกระบวนการบด การโม่ การคัดแยก และการปรับปรุงคุณสมบัติของผงละเอียดพิเศษ. ติดต่อเรา รับคำปรึกษาฟรีและโซลูชันที่ปรับแต่งได้ตามความต้องการ! ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราสามารถมอบผลิตภัณฑ์และบริการคุณภาพสูงเพื่อเพิ่มมูลค่าสูงสุดให้กับการแปรรูปผงของคุณ Epic Powder—ผู้เชี่ยวชาญด้านการแปรรูปผงที่คุณไว้วางใจ!
ขอบคุณที่อ่าน ฉันหวังว่าบทความของฉันจะเป็นประโยชน์ โปรดแสดงความคิดเห็นด้านล่าง คุณยังสามารถ ติดต่อ EPIC ตัวแทนลูกค้าออนไลน์ของ Powder เซลดา หากต้องการสอบถามเพิ่มเติม”
- เจสัน หว่อง, วิศวกร