Caracterizando ânodos de carbono microporoso em um instrumento de fissorção padrão

A caracterização de carbono microporoso está se tornando rapidamente essencial para uma indústria de baterias à prova de futuro, mas a análise padrão de adsorção de gás N₂ frequentemente falha. Para obter insights precisos, é necessário uma abordagem de dupla sonda.

Continue lendo para saber como instrumentos com adsorção de gás duplo, como o TriStar II Plus da Micromeritics, proporcionam uma visão completa dos mesoporos e microporos nesses materiais microporosos.

Por que os fabricantes de baterias precisam de carbonos microporosos?

Ânodos de silício-carbono (Si-C) e baterias de íon de sódio estão evoluindo rapidamente. Eles oferecem uma resposta para eletrodos de grafite que estão atingindo seus limites técnicos, fornecimento escasso de lítio e cobalto, cadeias de suprimento instáveis e pressão para entregar maior densidade de energia a custos mais baixos. E ambas as tecnologias dependem de materiais de carbono microporoso.

Por quê? A microporosidade proporciona um forte amortecimento para deposição de silício em ânodos de Si-C e intercalacão eficiente de íons em baterias de íon de sódio. O carbono microporoso derivado de biomassa também ajuda a reduzir os custos e a pegada ambiental.

Tudo isso significa que os carbonos microporosos estão se tornando rapidamente essenciais para uma indústria de baterias à prova de futuro – e assim são tecnologias confiáveis de caracterização de microporos.

Caracterizando uma ampla faixa de poros usando isotermas de gás duplo

Ao caracterizar os microporos mais finos, os instrumentos padrão de adsorção de gás N₂ frequentemente falham. A ausência de transdutores de baixa pressão torna regiões de ultra-baixa pressão inacessíveis, deixando os microporos mais estreitos não detectados. Isso poderia resultar em células de baixo desempenho, inconsistências de lote a lote e desperdício de recursos críticos. Para prevenir isso, o Micromeritics TriStar II Plus 3030 oferece fácil alternância entre múltiplas opções de adsorção de gás:

• Adsorção de nitrogênio (N₂), para uma visão ampla dos mesoporos e microporos maiores
• Adsorção de dióxido de carbono (CO₂) a 273 K, para uma sondagem mais eficiente de tamanhos de poros menores. Como o CO₂ é menor e mais linear que o N₂, ele pode se difundir em poros estreitos. A 273 K, isso acontece mais rapidamente

Complementando isso, o modelo de teoria funcional de densidade não-local (NLDFT) permite determinar precisamente distribuições de tamanho de microporos ao longo dessa ampla faixa de poros. Você também pode calcular a área de superfície específica cumulativa mais precisamente do que com uma estimativa simples de BET.

Como analisamos ânodos de carbono rígido microporoso derivado de biomassa no TriStar II Plus 3030

Testamos essas características analisando um material de ânodo de carbono rígido derivado de biomassa no TriStar II Plus 3030.

A isoterma de adsorção de N₂ indicou a presença de microporos e mesoporos de 20-30 Å. Mas, como esperado, a análise de distribuição de tamanho de poro NLDFT dessa isoterma não revelou poros abaixo de 9 Å.

O método de distribuição de tamanho de poro avançado NLDFT de gás duplo, usando isotermas de N₂ e CO₂, forneceu uma imagem completa. Revelou poros tão pequenos quanto 3.578 Å , dando a distribuição completa de tamanho de poro para ambos os intervalos de micro e mesoporo.

Com a área de superfície alcançando até 1525 m²/g, o estudo de caso revelou que este carbono derivado de biomassa é um precursor ideal para ânodos com alto conteúdo de silício, abrindo oportunidades para reciclar resíduos enquanto melhora a capacidade específica.

Nossa recomendação: Use um instrumento como o TriStar II Plus 3030 com múltiplas opções de gás e fácil troca entre gases para se manter à frente dos desenvolvimentos de ânodos de Si-C e baterias de íon de sódio. O método apresentado aqui proporciona uma maneira confiável de medir volume de poros, área de superfície e distribuição de tamanho de poros em seus materiais de ânodo microporoso.

Baixe nossa nota de aplicação para detalhes completos sobre como analisamos ânodos de carbono rígido microporoso derivado de biomassa no TriStar II Plus 3030.