Pin natri-ion đã chứng minh tiềm năng to lớn trong việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn nhờ những ưu điểm như nguồn tài nguyên dồi dào, độ an toàn cao và hiệu suất nhiệt độ thấp tuyệt vời. Là vật liệu cốt lõi của pin, điện cực âm ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ số quan trọng như mật độ năng lượng, hiệu suất chu kỳ và hiệu suất Coulomb ban đầu. Carbon cứng, với cấu trúc tinh thể hỗn loạn độc đáo và nhiều lỗ rỗng, đã trở thành vật liệu điện cực âm được ưa chuộng cho pin natri-ion. Các lớp xen kẽ graphite, các lỗ rỗng siêu nhỏ khép kín và các vị trí khuyết tật bề mặt của nó cho phép lưu trữ natri hiệu quả, mang lại lợi thế về dung lượng cao. Hiện nay, chìa khóa cho công nghiệp hóa nằm ở việc lựa chọn các tiền chất carbon cứng.
Các tiền chất carbon cứng thường được sử dụng bao gồm vật liệu polyme sinh học như vỏ dừa, tinh bột, tre và rơm, cũng như các nguyên liệu thô hóa học như than antraxit, nhựa đường và nhựa phenolic. Các sản phẩm carbon cứng có nguồn gốc từ các tiền chất khác nhau có hiệu suất khác nhau đáng kể, và cơ cấu chi phí của chúng cũng khác nhau đáng kể do nguồn nguyên liệu thô khác nhau.
Bài viết này phân tích bốn tiền chất sinh khối chính — vỏ dừa, tinh bột, tre và rơm — để đánh giá ưu điểm và nhược điểm tương ứng của chúng!
1 Vỏ dừa: Hiệu suất cao nhưng phụ thuộc vào nhập khẩu
Ưu điểm: Độ xốp cao, hàm lượng tro thấp, công nghiệp hóa hoàn thiện.
Vỏ dừa, lớp vỏ bên trong của quả dừa lấy từ cây cọ, được sử dụng trong than hoạt tính, hàng thủ công và ngành công nghiệp pin năng lượng mới. Công ty Kuraray của Nhật Bản đã thương mại hóa carbon cứng từ vỏ dừa, sử dụng các quy trình như cacbon hóa, nghiền, xử lý kiềm, tinh chế nhiệt và CVD.
Nhược điểm: Nguồn cung hạn chế, phụ thuộc vào nhập khẩu:
Sản lượng trong nước không đủ và độ cứng thấp hơn: Dừa chủ yếu được trồng ở Indonesia, Philippines, Sri Lanka và Ấn Độ. Sản lượng chính của Trung Quốc là ở Hải Nam (99% sản lượng nội địa), nhưng sản lượng hàng năm chỉ đáp ứng được khoảng 6GWh nhu cầu pin, thấp hơn nhiều so với nhu cầu pin natri-ion trong tương lai. Dừa từ Hải Nam có độ cứng thấp hơn do ánh sáng mặt trời yếu hơn so với các vùng nhiệt đới.
Rủi ro nhập khẩu: Từ cuối năm 2024, giá gáo dừa cacbon hóa tăng vọt, gây bất ổn chuỗi cung ứng cho các doanh nghiệp trong nước.
Năng suất thấp: Năng suất sản xuất cacbon cứng từ vỏ dừa chỉ đạt 20%-25%, với 1GWh pin cần khoảng 1.500 tấn cacbon cứng, đòi hỏi khối lượng nguyên liệu thô khổng lồ.
2 Tinh bột: Nguồn dồi dào nhưng chế biến phức tạp
Ưu điểm: Thị trường ổn định, chi phí thấp.
Tinh bột, một trong những vật liệu sinh học tái tạo dồi dào nhất (từ ngô, khoai lang, v.v.), có tính sẵn có rộng rãi và không có rủi ro từ một nhà cung cấp duy nhất. Là một polysaccharide điển hình, tinh bột có hàm lượng carbon cao và chi phí thấp. Hình thái cầu tự nhiên của tinh bột khiến nó trở thành tiền chất cạnh tranh cho carbon cứng, với độ đặc tốt hơn (ít tạp chất hơn) so với vỏ dừa và khả năng phân hủy sinh học, mang lại lợi thế về tính thân thiện với môi trường.
Nhược điểm: Tổng hợp phức tạp, chi phí cao hơn:
Tinh bột là một polymer hữu cơ có độ tinh khiết cao. Mặc dù nó cho phép tạo ra các hình thái carbon cứng tùy chỉnh thông qua các phương pháp tổng hợp cụ thể, nhưng quy trình này lại rất phức tạp. Ví dụ, BSTR của Trung Quốc sử dụng tinh bột và các vật liệu sinh khối khác, bao gồm các bước như biến tính, nhiệt phân, cacbon hóa và xử lý bề mặt, làm tăng chi phí.
3 Tre: Tài nguyên tái tạo với sự tham gia của ngành công nghiệp carbon hoạt tính
Ưu điểm: Tăng trưởng nhanh, nguồn tài nguyên dồi dào, chế biến chín muồi.
Tre là một trong những loài tre được trồng trọt và có giá trị kinh tế cao nhất ở Trung Quốc, trưởng thành trong vòng 5-8 năm. Tre mọc rộng rãi từ dãy núi Tần Lĩnh đến lưu vực sông Dương Tử và Đài Loan, với một số diện tích được trồng ở khu vực Hoàng Hà. Chi phí thấp giúp việc kiểm soát dễ dàng. Sản xuất carbon cứng từ tre bao gồm các bước tiền xử lý, carbon hóa và hậu xử lý, tương tự như than chì nhân tạo nhưng không có quá trình than hóa. Các công ty sản xuất carbon hoạt tính như Yuanli Co. đã tham gia vào thị trường carbon cứng từ tre do các quy trình chồng chéo (ví dụ: carbon hóa).
Nhược điểm: Chất lượng nguyên liệu không đồng đều:
Sự khác biệt về tuổi và nguồn gốc tre ảnh hưởng đến mức độ tạp chất (hàm lượng tro: 3-5%). Hàm lượng tro cao, do đất hấp thụ trong quá trình sinh trưởng, đòi hỏi phải rửa axit kỹ lưỡng (xử lý lặp lại hoặc nồng độ cao).
4. Rơm: Dồi dào nhưng cần giải pháp đồng đều
Ưu điểm: Chất thải nông nghiệp, chi phí cực thấp.
Rơm rạ, phần còn lại của thân và lá cây trồng như lúa, lúa mì và ngô, rất dồi dào ở Trung Quốc (hơn 1 tỷ tấn mỗi năm vào năm 2023). Theo truyền thống, rơm rạ được sử dụng làm phân bón hoặc nhiên liệu, và gần như không tốn thêm chi phí. Các công ty như Tập đoàn Shengquan sử dụng công nghệ tinh chế sinh học dựa trên dung môi để chiết xuất lignin và cellulose từ rơm rạ, tạo ra nhựa sinh học cho các tiền chất carbon cứng đồng nhất.
Nhược điểm: Thành phần phức tạp, tạp chất cao:
Rơm rạ bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin, với tỷ lệ thay đổi tùy theo cây trồng và điều kiện sinh trưởng. Rơm rạ cũng chứa tro (ví dụ: SiO₂), muối vô cơ và thuốc trừ sâu, có thể tạo thành các pha tạp chất trong quá trình cacbon hóa, làm giảm hiệu suất điện hóa.
Loại cacbon cứng sinh khối nào sẽ chiếm ưu thế?
Từ hiệu suất của vỏ dừa đến độ tinh khiết của tinh bột, sự phong phú của tre và lợi thế về chi phí của rơm, mỗi tiền chất đều có những thế mạnh riêng. Thị trường carbon cứng trong tương lai có thể sẽ hướng đến sự tồn tại song song của nhiều hướng.
Cạnh tranh tiền chất cacbon cứng: vỏ dừa, tinh bột, tre, rơm, loại nào có triển vọng hơn?
Pin natri-ion đã cho thấy tiềm năng to lớn trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng quy mô lớn nhờ những ưu điểm như nguồn tài nguyên dồi dào, độ an toàn cao và hiệu suất tuyệt vời ở nhiệt độ thấp.
Là vật liệu cốt lõi của pin, điện cực âm ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ số quan trọng như mật độ năng lượng, hiệu suất chu kỳ và hiệu suất Coulomb đầu tiên của pin. Nhờ cấu trúc tinh thể hỗn loạn độc đáo và các lỗ rỗng phong phú, carbon cứng đã trở thành lựa chọn hàng đầu cho vật liệu điện cực âm của pin ion natri. Các lớp xen kẽ graphite, các lỗ rỗng siêu nhỏ khép kín và các vị trí khuyết tật bề mặt của nó có thể lưu trữ natri hiệu quả và có lợi thế về dung lượng cao. Hiện nay, chìa khóa của công nghiệp hóa tập trung vào việc lựa chọn các tiền chất carbon cứng.
Bột sử thi
Khi ngành công nghiệp carbon cứng phát triển, Bột sử thi trở thành đối tác đáng tin cậy cho các giải pháp vật liệu tiên tiến. Chuyên về thiết bị xử lý bột chính xác, chúng tôi giúp các nhà sản xuất tối ưu hóa việc chuẩn bị nguyên liệu tiền chất bằng công nghệ tiên tiến của mình. nhà máy phản lực Hệ thống. Đối với các nhà sản xuất carbon cứng đang mở rộng năng lực, Bột sử thi mang lại độ tin cậy cần thiết cho quy trình để duy trì chất lượng anode đồng đều. Liên hệ với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi để thảo luận về thông số kỹ thuật dự án của bạn.