Lẹẹdi ti pin si atọwọda atọwọda ati graphite adayeba, awọn ifiṣura ti agbaye ti a fihan ti graphite adayeba ni bii 2 bilionu toonu.
Lẹẹdi atọwọda ti gba nipasẹ jijẹ ati itọju ooru ti awọn ohun elo ti o ni erogba labẹ titẹ deede.Iyipada yii nilo iwọn otutu ti o ga ati agbara bi agbara awakọ, ati pe eto ti o ni rudurudu yoo yipada si ọna apẹrẹ garadi ti o paṣẹ.
Iyaworan jẹ ni oye ti o gbooro julọ ti ohun elo carbonaceous nipasẹ iwọn otutu ti o ga ju 2000 ℃ itọju igbona otutu ti awọn ọta erogba atunto, sibẹsibẹ diẹ ninu awọn ohun elo erogba ni iwọn otutu giga ju 3000 ℃ graphitization, iru awọn ohun elo erogba ni a mọ ni “edu lile”, fun Awọn ohun elo erogba graphitized ti o rọrun, ọna graphitization ibile pẹlu iwọn otutu giga ati ọna titẹ giga, iyaworan katalitiki, ọna gbigbe eeru kemikali, ati bẹbẹ lọ.
Iyaworan jẹ ọna ti o munadoko ti iṣamulo iye ti o ga ti awọn ohun elo carbonaceous.Lẹhin iwadi ti o jinlẹ ati ti o jinlẹ nipasẹ awọn ọjọgbọn, o ti dagba ni ipilẹ ni bayi.Bibẹẹkọ, diẹ ninu awọn ifosiwewe aibikita ṣe idinwo ohun elo ti graphitization ibile ni ile-iṣẹ, nitorinaa o jẹ aṣa ti ko ṣeeṣe lati ṣawari awọn ọna ijuwe tuntun.
Didà iyo electrolysis ọna niwon awọn 19th orundun je diẹ sii ju orundun kan ti idagbasoke, awọn oniwe-ipilẹ yii ati titun awọn ọna ti wa ni nigbagbogbo ĭdàsĭlẹ ati idagbasoke, bayi ti wa ni ko si ohun to ni opin si awọn ibile metallurgical ile ise, ni ibẹrẹ ti awọn 21st orundun, awọn irin ni eto iyọ didà oxide electrolytic idinku igbaradi ti awọn irin eroja ti di idojukọ ni diẹ sii lọwọ,
Laipẹ, ọna tuntun fun ṣiṣe awọn ohun elo graphite nipasẹ eletiriki iyọ didà ti fa akiyesi pupọ.
Nipa ọna polarization cathodic ati elekitirodeposition, awọn ọna oriṣiriṣi meji ti awọn ohun elo aise erogba ti yipada si awọn ohun elo nano-graphite pẹlu iye ti a ṣafikun giga.Ti a ṣe afiwe pẹlu imọ-ẹrọ graphitization ti aṣa, ọna graphitization tuntun ni awọn anfani ti iwọn otutu graphitization kekere ati mofoloji iṣakoso.
Iwe yii ṣe atunyẹwo ilọsiwaju ti graphitization nipasẹ ọna elekitiroki, ṣafihan imọ-ẹrọ tuntun yii, ṣe itupalẹ awọn anfani ati awọn aila-nfani rẹ, ati awọn ireti aṣa idagbasoke iwaju rẹ.
Ni akọkọ, didà iyọ electrolytic cathode polarization ọna
1.1 ohun elo aise
Ni lọwọlọwọ, ohun elo aise akọkọ ti graphite atọwọda jẹ coke abẹrẹ ati ipolowo coke ti alefa graphitization giga, eyun nipasẹ iyoku epo ati tar bi ohun elo aise lati ṣe agbejade awọn ohun elo erogba ti o ni agbara giga, pẹlu porosity kekere, sulfur kekere, eeru kekere. akoonu ati awọn anfani ti graphitization, lẹhin igbaradi rẹ sinu graphite ni resistance to dara si ipa, agbara ẹrọ giga, resistivity kekere,
Bibẹẹkọ, awọn ifiṣura epo to lopin ati awọn idiyele epo ti n yipada ti ni ihamọ idagbasoke rẹ, nitorinaa wiwa awọn ohun elo aise tuntun ti di iṣoro iyara lati yanju.
Awọn ọna ijuwe ti aṣa ni awọn idiwọn, ati awọn ọna ijuwe oriṣiriṣi lo oriṣiriṣi awọn ohun elo aise.Fun erogba ti kii ṣe graphitized, awọn ọna ibile ko le graphitize rẹ, lakoko ti agbekalẹ elekitirokemika ti elekitirosi iyọ didà ti fọ nipasẹ aropin ti awọn ohun elo aise, ati pe o dara fun gbogbo awọn ohun elo erogba ibile.
Awọn ohun elo erogba ti aṣa pẹlu dudu erogba, erogba ti a mu ṣiṣẹ, edu, ati bẹbẹ lọ, laarin eyiti edu jẹ ọkan ti o ni ileri julọ.Inki ti o da lori edu n gba eedu bi iṣaju ati pe o ti pese sile sinu awọn ọja graphite ni iwọn otutu giga lẹhin itọju iṣaaju.
Laipẹ, iwe yii ṣe igbero awọn ọna elekitirokemika tuntun, gẹgẹ bi Peng, nipasẹ iyọda iyọ electrolysis jẹ išẹlẹ ti lati graphitized erogba dudu sinu crystallinity giga ti lẹẹdi, electrolysis ti awọn ayẹwo lẹẹdi ti o ni awọn eerun igi graphite nanometer apẹrẹ petal, ni agbegbe dada kan pato, nigba lilo fun litiumu batiri cathode ṣe afihan iṣẹ ṣiṣe elekitirokemii ti o dara julọ ju lẹẹdi adayeba lọ.
Zhu et al.fi awọn deashing mu kekere-didara edu sinu CaCl2 didà eto iyo fun electrolysis ni 950 ℃, ati ni ifijišẹ yi pada awọn kekere-didara edu sinu graphite pẹlu ga crystallinity, eyi ti fihan ti o dara oṣuwọn iṣẹ ati ki o gun gigun aye nigba ti a lo bi anode ti litiumu ion batiri .
Idanwo naa fihan pe o ṣee ṣe lati ṣe iyipada awọn oriṣiriṣi oriṣiriṣi ti awọn ohun elo erogba ibile sinu graphite nipasẹ ọna itanna iyọ didà, eyiti o ṣii ọna tuntun fun graphite sintetiki ọjọ iwaju.
1.2 siseto ti
Didà iyo electrolysis ọna nlo erogba ohun elo bi cathode ati awọn ti o sinu lẹẹdi pẹlu ga crystallinity nipasẹ ọna ti cathodic polarization.Ni lọwọlọwọ, awọn iwe ti o wa tẹlẹ n mẹnuba yiyọkuro ti atẹgun ati atunto ijinna pipẹ ti awọn ọta erogba ni ilana iyipada ti o pọju ti polarization cathodic.
Iwaju atẹgun ninu awọn ohun elo erogba yoo ṣe idiwọ graphitization si iye diẹ.Ninu ilana iyapa ibile, atẹgun yoo yọkuro laiyara nigbati iwọn otutu ba ga ju 1600K.Sibẹsibẹ, o rọrun pupọ lati deoxidize nipasẹ polarization cathodic.
Peng, ati be be lo ninu awọn adanwo fun igba akọkọ fi siwaju awọn didà iyọ electrolysis cathodic polarization o pọju siseto, eyun awọn graphitization julọ ni ibi lati bẹrẹ ni lati wa ni be ni ri to erogba microspheres / electrolyte ni wiwo, akọkọ erogba microsphere fọọmu ni ayika kan ipilẹ kanna opin. lẹẹdi ikarahun, ati ki o kò idurosinsin anhydrous erogba awọn ọta tan si diẹ idurosinsin lode flake, titi ti graphitized patapata,
Ilana graphitization wa pẹlu yiyọkuro ti atẹgun, eyiti o tun jẹrisi nipasẹ awọn idanwo.
Jin et al.tun safihan aaye yi ti wo nipasẹ adanwo.Lẹhin carbonization ti glukosi, graphitization (akoonu atẹgun 17%) ti ṣe.Lẹhin ti graphitization, awọn atilẹba ri to erogba aaye (Fig. 1a ati 1c) akoso kan la kọja ikarahun kq lẹẹdi nanosheets (Fig. 1b ati 1d).
Nipa elekitirosi ti awọn okun erogba (16% oxygen), awọn okun erogba le yipada si awọn tubes graphite lẹhin graphitization ni ibamu si ẹrọ iyipada ti a sọ asọye ninu awọn iwe
Ti gbagbọ pe, gbigbe gigun gigun wa labẹ polarization cathodic ti awọn ọta erogba grafiti giga giga si atunto erogba amorphous gbọdọ ṣiṣẹ, awọn petals sintetiki alailẹgbẹ apẹrẹ awọn nanostructures ni anfani lati awọn ọta atẹgun lati, ṣugbọn pato bi o ṣe le ni ipa ọna nanometer lẹẹdi ko han gbangba, gẹgẹbi atẹgun lati egungun erogba lẹhin bawo ni iṣesi cathode, ati bẹbẹ lọ,
Lọwọlọwọ, iwadi lori ẹrọ naa tun wa ni ipele ibẹrẹ, ati pe a nilo iwadi siwaju sii.
1.3 Morphological karakitariasesonu ti sintetiki lẹẹdi
SEM ti wa ni lilo lati ṣe akiyesi awọn ohun airi dada mofoloji ti graphite, TEM ti wa ni lo lati ma kiyesi awọn igbekalẹ mofoloji ti o kere ju 0.2 μm, XRD ati Raman spectroscopy jẹ awọn ọna ti o wọpọ julọ lati ṣe apejuwe microstructure ti graphite, XRD ni a lo lati ṣe apejuwe crystal alaye ti lẹẹdi, ati Raman spectroscopy ti lo lati se apejuwe awọn abawọn ati ibere ìyí ti lẹẹdi.
Ọpọlọpọ awọn pores wa ninu graphite ti a pese sile nipasẹ cathode polarization ti didà iyọ electrolysis.Fun oriṣiriṣi awọn ohun elo aise, gẹgẹbi erogba elekitirosi dudu, petal-like porous nanostructures ti gba.XRD ati Raman spectrum onínọmbà ti wa ni ti gbe jade lori erogba dudu lẹhin electrolysis.
Ni 827 ℃, lẹhin itọju pẹlu foliteji 2.6V fun 1h, aworan iwoye Raman ti dudu erogba jẹ ohun kanna bi ti lẹẹdi iṣowo.Lẹhin ti dudu erogba ti wa ni itọju pẹlu awọn iwọn otutu ti o yatọ, iwọn giga abuda graphite didasilẹ (002) jẹ iwọn.Diffraction tente oke (002) duro iwọn iṣalaye ti Layer erogba ti oorun didun ni lẹẹdi.
Awọn didasilẹ awọn erogba Layer jẹ, awọn diẹ Oorun ti o jẹ.
Zhu lo awọn wẹ eni ti edu bi awọn cathode ninu awọn ṣàdánwò, ati awọn microstructure ti awọn graphitized ọja ti a yipada lati granular to tobi lẹẹdi be, ati awọn ju lẹẹdi Layer ti a tun woye labẹ awọn ga oṣuwọn gbigbe elekitironi maikirosikopu.
Ni Raman spectra, pẹlu iyipada ti awọn ipo idanwo, iye ID/Ig tun yipada.Nigbati iwọn otutu elekitiroti jẹ 950 ℃, akoko elekitiroti jẹ 6h, ati foliteji elekitiroti jẹ 2.6V, iye ID/Ig ti o kere julọ jẹ 0.3, ati pe tente D jẹ kekere ju G tente oke lọ.Ni akoko kanna, ifarahan ti tente oke 2D tun ṣe aṣoju dida ti ilana graphite ti o paṣẹ pupọ.
Diffraction tente didasilẹ (002) ni aworan XRD tun jẹrisi iyipada aṣeyọri ti eedu ti o kere si lẹẹdi pẹlu crystallinity giga.
Ninu ilana graphitization, ilosoke ti iwọn otutu ati foliteji yoo ṣe ipa igbega, ṣugbọn foliteji ti o ga julọ yoo dinku ikore ti lẹẹdi, ati iwọn otutu ti o ga pupọ tabi akoko graphitization gigun yoo ja si isonu ti awọn orisun, nitorinaa fun oriṣiriṣi awọn ohun elo erogba. , o ṣe pataki julọ lati ṣawari awọn ipo itanna ti o yẹ julọ, tun jẹ idojukọ ati iṣoro.
Nanostructure flake bii petal yii ni awọn ohun-ini elekitirokemika to dara julọ.Nọmba nla ti awọn pores gba awọn ions lati wa ni kiakia ti a fi sii / ifarabalẹ, pese awọn ohun elo cathode ti o ga julọ fun awọn batiri, bbl Nitorina, ọna itanna elekitiriki jẹ ọna ti o pọju pupọ.
Didà iyo electrodeposition ọna
2.1 Electrodeposition ti erogba oloro
Gẹgẹbi gaasi eefin eefin pataki julọ, CO2 tun jẹ majele ti, laiseniyan, olowo poku ati awọn orisun isọdọtun wa ni irọrun.Sibẹsibẹ, erogba ni CO2 wa ni ipo ifoyina ti o ga julọ, nitorina CO2 ni iduroṣinṣin thermodynamic giga, eyiti o jẹ ki o ṣoro lati tun lo.
Iwadi akọkọ lori CO2 electrodeposition le jẹ itopase pada si awọn ọdun 1960.Ingram et al.ni aṣeyọri ti pese erogba sori elekiturodu goolu ninu eto iyọ didà ti Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Van et al.tọka si pe awọn erupẹ erogba ti a gba ni awọn agbara idinku oriṣiriṣi ni awọn ẹya oriṣiriṣi, pẹlu graphite, erogba amorphous ati awọn nanofibers erogba.
Nipa iyọ didà lati gba CO2 ati ọna igbaradi ti aṣeyọri ohun elo erogba, lẹhin igba pipẹ ti awọn onimọ-jinlẹ ti dojukọ lori ẹrọ idasile erogba ati ipa ti awọn ipo eletiriki lori ọja ikẹhin, eyiti o pẹlu iwọn otutu elekitiroli, foliteji elekitiroti ati akopọ ti iyọ didà ati awọn amọna, bbl, igbaradi ti iṣẹ giga ti awọn ohun elo graphite fun elekitirode ti CO2 ti fi ipilẹ to lagbara.
Nipa yiyipada elekitiroti ati lilo eto iyọ didà ti o da lori CaCl2 pẹlu ṣiṣe mimu CO2 ti o ga julọ, Hu et al.graphene ti pese ni ifijišẹ pẹlu alefa graphitization ti o ga ati awọn nanotubes erogba ati awọn ẹya nanographite miiran nipa kikọ ẹkọ awọn ipo elekitiroli gẹgẹbi iwọn otutu elekitiroli, akopọ elekiturodu ati akopọ iyọ didà.
Ti a ṣe afiwe pẹlu eto kaboneti, CaCl2 ni awọn anfani ti olowo poku ati irọrun lati gba, adaṣe giga, rọrun lati tu ninu omi, ati solubility ti o ga julọ ti awọn ions atẹgun, eyiti o pese awọn ipo imọ-jinlẹ fun iyipada ti CO2 sinu awọn ọja graphite pẹlu iye ti a ṣafikun giga.
2.2 Iyipada Mechanism
Igbaradi ti awọn ohun elo erogba ti a ṣafikun iye giga nipasẹ eletiriki ti CO2 lati iyọ didà ni akọkọ pẹlu gbigba CO2 ati idinku aiṣe-taara.Gbigba CO2 ti pari nipasẹ O2 ọfẹ ninu iyọ didà, bi o ṣe han ni Idogba (1):
CO2+O2-→CO3 2- (1)
Ni lọwọlọwọ, awọn ọna iṣe idinku aiṣe-taara mẹta ni a ti dabaa: iṣesi-igbesẹ kan, iṣesi-igbesẹ meji ati ẹrọ idinku irin.
Ilana idahun-igbesẹ kan ni akọkọ dabaa nipasẹ Ingram, bi o ṣe han ni Idogba (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Ilana idahun-igbesẹ meji ni a dabaa nipasẹ Borucka et al., bi a ṣe han ni Idogba (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Ilana ti iṣesi idinku irin ni a dabaa nipasẹ Deanhardt et al.Wọn gbagbọ pe awọn ions irin ni akọkọ ti dinku si irin ni cathode, lẹhinna irin naa dinku si awọn ions carbonate, gẹgẹbi a ṣe han ni Idogba (5 ~ 6):
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Ni lọwọlọwọ, ilana ifaseyin-igbesẹ kan jẹ itẹwọgba gbogbogbo ninu awọn iwe ti o wa tẹlẹ.
Yin et al.ṣe iwadi eto carbonate Li-Na-K pẹlu nickel bi cathode, tin dioxide bi anode ati okun waya fadaka bi elekiturodu itọkasi, o si gba eeya idanwo voltammetry cyclic ni Nọmba 2 (oṣuwọn ọlọjẹ ti 100 mV/s) ni nickel cathode, o si rii pe tente idinku kan nikan wa (ni -2.0V) ni iwoye odi.
Nitorinaa, o le pinnu pe iṣesi kan nikan waye lakoko idinku ti kaboneti.
Gao et al.gba voltammetry cyclic kanna ni eto kaboneti kanna.
Ge et al.ti a lo inert anode ati tungsten cathode lati mu CO2 ninu eto LiCl-Li2CO3 ati gba awọn aworan ti o jọra, ati pe idinku idinku ti idasile erogba nikan han ni ọlọjẹ odi.
Ninu eto iyo didà irin alkali, awọn irin alkali ati CO yoo jẹ ipilẹṣẹ lakoko ti a ti gbe erogba silẹ nipasẹ cathode.Bibẹẹkọ, nitori awọn ipo iwọn otutu ti ifasilẹ ifisilẹ erogba dinku ni iwọn otutu kekere, idinku ti kaboneti si erogba nikan ni a le rii ninu idanwo naa.
2.3 CO2 Yaworan nipasẹ iyọ didà lati mura awọn ọja lẹẹdi
Awọn nanomaterials graphite ti o ni iye-giga gẹgẹbi graphene ati awọn nanotubes erogba le ṣee pese sile nipasẹ elekitirodeposition ti CO2 lati iyọ didà nipasẹ ṣiṣakoso awọn ipo idanwo.Hu et al.ti a lo irin alagbara, irin bi cathode ninu eto iyọ didà CaCl2-NaCl-CaO ati elekitiriki fun 4h labẹ ipo ti foliteji igbagbogbo 2.6V ni awọn iwọn otutu oriṣiriṣi.
O ṣeun si awọn catalysis ti irin ati awọn ibẹjadi ipa ti CO laarin graphite fẹlẹfẹlẹ, graphene ti a ri lori dada ti cathode.Ilana igbaradi ti graphene ti han ni aworan 3.
Aworan naa
Awọn ijinlẹ nigbamii ṣafikun Li2SO4 lori ipilẹ eto iyọ didà CaCl2-NaClCaO, iwọn otutu electrolysis jẹ 625 ℃, lẹhin 4h ti electrolysis, ni akoko kanna ni ifasilẹ cathodic ti erogba ri graphene ati carbon nanotubes, iwadi naa rii pe Li + ati SO4 2 - lati mu kan rere ipa lori graphitization.
Sulfur tun ṣe aṣeyọri ni aṣeyọri sinu ara erogba, ati awọn iwe lẹẹdi tinrin-tinrin ati erogba filamentous le ṣee gba nipasẹ ṣiṣakoso awọn ipo elekitiroli.
Ohun elo gẹgẹbi iwọn otutu elekitiroti ti giga ati kekere fun dida graphene jẹ pataki, nigbati iwọn otutu ti o ga ju 800 ℃ rọrun lati ṣe ina CO dipo erogba, o fẹrẹ jẹ pe ko si ifisilẹ erogba nigbati o ga ju 950 ℃, nitorinaa iṣakoso iwọn otutu jẹ pataki pupọ. lati gbe awọn graphene ati erogba nanotubes, ki o si mu pada awọn nilo erogba iwadi oro lenu CO lenu amuṣiṣẹpọ lati rii daju wipe awọn cathode lati se ina idurosinsin graphene.
Awọn iṣẹ wọnyi pese ọna tuntun fun igbaradi ti awọn ọja nano-graphite nipasẹ CO2, eyiti o jẹ pataki pupọ fun ojutu ti awọn eefin eefin ati igbaradi ti graphene.
3. Lakotan ati Outlook
Pẹlu idagbasoke iyara ti ile-iṣẹ agbara tuntun, lẹẹdi adayeba ko lagbara lati pade ibeere lọwọlọwọ, ati lẹẹdi atọwọda ni awọn ohun-ini ti ara ati kemikali ti o dara julọ ju lẹẹdi adayeba lọ, nitorinaa olowo poku, daradara ati graphitization ore ayika jẹ ibi-afẹde igba pipẹ.
Awọn ọna graphitization elekitirokemika ni awọn ohun elo aise ti o lagbara ati gaseous pẹlu ọna ti polarization cathodic ati ifisilẹ elekitirokemi ni aṣeyọri jade ninu awọn ohun elo lẹẹdi pẹlu iye ti a ṣafikun giga, ni akawe pẹlu ọna atọwọd aṣa ti graphitization, ọna itanna eletiriki jẹ ṣiṣe ti o ga julọ, agbara agbara kekere, Idaabobo ayika alawọ ewe, fun kekere ti o ni opin nipasẹ awọn ohun elo yiyan ni akoko kanna, ni ibamu si awọn ipo elekitirolisi ti o yatọ ni a le pese sile ni oriṣiriṣi morphology ti eto graphite,
O pese ọna ti o munadoko fun gbogbo iru erogba amorphous ati awọn eefin eefin lati yipada si awọn ohun elo lẹẹdi ti o niye ti nano-ti eleto ati pe o ni ireti ohun elo to dara.
Lọwọlọwọ, imọ-ẹrọ yii wa ni ibẹrẹ rẹ.Awọn ẹkọ diẹ lo wa lori graphitization nipasẹ ọna elekitiroki, ati pe ọpọlọpọ awọn ilana ti a ko mọ tun wa.Nitorinaa, o jẹ dandan lati bẹrẹ lati awọn ohun elo aise ati ṣe ikẹkọ okeerẹ ati eto eto lori ọpọlọpọ awọn erogba amorphous, ati ni akoko kanna ṣawari thermodynamics ati awọn agbara ti iyipada lẹẹdi ni ipele jinle.
Iwọnyi ni pataki ti o jinna fun idagbasoke iwaju ti ile-iṣẹ lẹẹdi.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Karun-10-2021