Le matériau anodique à base de carbone dur sera-t-il une nouveauté pour le stockage de l'énergie ?

Avec l'expansion rapide des énergies renouvelables telles que l'énergie solaire et l'énergie éolienne, la recherche sur les nouveaux matériaux pour les batteries de stockage d'énergie s'intensifie également. La Chine est riche en ressources en sodium, et les batteries sodium-ion sont considérées comme les nouvelles batteries les plus adaptées pour les applications à grande échelle. solutions de stockage de l'énergieet devraient permettre d'atténuer le développement limité du stockage de l'énergie dû à la pénurie et à la répartition inégale des ressources en lithium.

Quels sont les avantages des matériaux à base de carbone dur par rapport aux autres matériaux d'anode pour les batteries sodium-ion ? Quel est l'état de développement de l'industrie chinoise des matériaux à base de carbone dur ? Quelle est la distance qui la sépare d'une application à grande échelle ? C'est avec ces questions à l'esprit que nous vous invitons à lire cet article.

Pourquoi le carbone dur est-il le premier choix pour les matériaux d'anode des batteries sodium-ion ?

Les batteries sodium-ion sont principalement composées d'une cathode, d'une anode, d'électrolytes, de séparateurs, etc., et leurs principes de fonctionnement sont similaires à ceux des batteries lithium-ion. Le matériau de l'anode de la batterie sodium-ion est le corps principal du stockage du sodium dans la batterie, et il réalise l'intercalation ou l'extraction des ions sodium pendant le processus de charge et de décharge.

Par conséquent, la capacité de la batterie est positivement corrélée à la capacité de l'anode à stocker les ions sodium, et la sélection des matériaux d'anode joue un rôle décisif dans le développement des batteries sodium-ion.

Du point de vue de la classification des matériaux d'anode pour les batteries sodium-ion, ils peuvent être divisés en cinq catégories.

● La première est celle des matériaux anodiques à base de carbone, comprenant principalement le graphite, le carbone amorphe, le nano-carbone, etc. Parmi eux, le carbone amorphe sera très probablement le premier à parvenir à l'industrialisation ;
● Le second est le matériau d'anode de type alliage, qui a une capacité théorique élevée, mais l'expansion de volume est grave après l'intercalation d'électrons du sodium, et la performance du cycle est médiocre ;
● La troisième concerne les matériaux anodiques à base d'oxyde métallique et de sulfure, qui ont une capacité théorique élevée mais une mauvaise conductivité ;
● Quatrièmement, le matériau d'anode à base de titane incorporé présente une faible variation de volume mais une faible capacité ;
● Cinquièmement, les matériaux anodiques organiques sont peu coûteux, mais leur conductivité est médiocre et ils sont facilement solubles dans l'électrolyte.

Les matériaux d'anode à base de carbone ont une excellente conductivité électrique, des méthodes de préparation flexibles, un faible coût et sont respectueux de l'environnement, ce qui en fait le premier choix pour les matériaux d'anode des batteries sodium-ion. Parmi eux, les matériaux à base de carbone dur et de carbone mou dans le carbone amorphe sont considérés comme des matériaux d'anode potentiels pour les batteries sodium-ion.

Le carbone dur a une structure de pores plus large qui peut accueillir plus d'ions sodium. Par conséquent, l'expansion et la contraction de l'électrode sont plus uniformes pendant le processus de décharge, ce qui augmente la stabilité du cycle et les performances de charge et de décharge de l'anode en carbone dur, et prolonge la durée de vie de la batterie sodium-ion.

En comparant les propriétés des différents types de matériaux d'anode en carbone, on constate que le carbone dur est la solution préférée pour les matériaux d'anode dans l'application commerciale des batteries sodium-ion, et qu'il devrait être le premier à parvenir à l'industrialisation.

La biomasse est devenue la principale source de préparation des matériaux à base de carbone dur.

Les matières premières des précurseurs du carbone dur sont riches en sources, et la sélection des précurseurs et l'accumulation des technologies de traitement sont les facteurs clés du développement des matériaux d'anode en carbone dur. Les précurseurs courants pour la préparation des matériaux à base de carbone dur comprennent la biomasse, les polymères synthétiques et les combustibles fossiles.

Les matériaux de carbone dur préparés à partir de différents précurseurs présentent des différences de performance significatives. En raison des différentes sources de matières premières des précurseurs, la structure des coûts des matériaux en carbone dur est également très différente.

Parmi elles, les matières premières de la biomasse proviennent d'un large éventail de sources, telles que les coques de noix de coco, les coques de fruits, les pelures de pamplemousse, les tissus animaux et végétaux, etc. À l'heure actuelle, le processus de préparation du carbone dur est parallèle à de multiples façons, et des matériaux d'anode en carbone dur ont été développés en permanence.

La taille du marché de l'industrie des matériaux d'anode à base de carbone dur va continuer à croître

Les batteries sodium-ion sont devenues un point névralgique de la recherche et de l'industrialisation à l'échelle mondiale. Les services compétents en Chine ont proposé de développer des technologies de stockage d'énergie à haute densité énergétique, telles que les batteries sodium-ion, les batteries à métal liquide, les batteries lithium-ion, les piles à combustible et les piles à combustible. batterie à l'état solidebatterie métal-air et batterie lithium-soufre.

Les professionnels ont déclaré qu'à l'heure actuelle, les chercheurs ont proposé une variété de modèles pour le mécanisme de stockage du sodium du carbone dur, mais qu'une compréhension unifiée du mécanisme de stockage du sodium n'a pas encore été atteinte. Par conséquent, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour révéler la relation structure-activité entre les matériaux de carbone dur et le mécanisme de réaction électrochimique, et pour fournir des orientations théoriques et une base scientifique pour l'amélioration des performances du carbone dur.

En outre, l'influence des paramètres physiques des matériaux à base de carbone dur, tels que la taille des particules, la densité de piquage et la charge de masse, sur les performances électrochimiques doit être étudiée plus avant afin d'améliorer de manière synergique les performances des matériaux lorsqu'ils sont appliqués à des systèmes de batteries sodium-ion. Avec le soutien de la Chine au développement des véhicules à énergie nouvelle et des équipements de stockage de l'énergie, la taille du marché de l'industrie chinoise des matériaux d'anode à base de carbone dur va continuer à croître.

Selon les prévisions du marché, en 2025, la taille du marché de l'industrie chinoise des matériaux d'anode en carbone dur atteindra 8,65 milliards de RMB, et le taux de croissance annuel moyen de l'industrie des matériaux d'anode en carbone dur atteindra 15,3% au cours des cinq prochaines années.

À l'heure actuelle, en raison de la courte durée de développement de l'industrie chinoise des matériaux d'anode à base de carbone dur, la plupart des entreprises et des instituts de recherche en sont encore au stade de la recherche, du développement et de l'optimisation de la technologie. Toutefois, les principales entreprises chinoises les 10 premiers fabricants de matériaux d'anode planifient activement la production de matériaux d'anode en carbone dur.

Les professionnels estiment que les batteries sodium-ion sont plus performantes que les batteries lithium-ion en termes d'indicateurs de performance tels que les basses températures, la sécurité et la charge rapide. Bien que la densité énergétique, la durée de vie, etc. puissent encore être améliorées, les batteries sodium-ion ont encore un grand potentiel de développement compte tenu de la richesse des sources de matériaux dont elles disposent.

Avec les percées réalisées dans les technologies clés des batteries sodium-ion, telles que les matériaux d'anode à base de carbone dur, et la croissance rapide de la demande de stockage d'énergie, les scénarios d'application et l'échelle des batteries sodium-ion vont également se développer rapidement.