Charakterisierung von mikroporösen Kohlenstoffanoden mit einem Standard-Physisorptionsgerät

Die Charakterisierung von mikroporösem Kohlenstoff wird in der zukunftssicheren Batterieindustrie schnell unerlässlich, aber die Standard-Stickstoff (N₂)-Gasadsorptionsanalyse reicht oft nicht aus. Für genaue Einblicke benötigen Sie einen Doppelsondenansatz.

Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Instrumente mit doppelter Gasadsorption, wie z. B. TriStar II Plus von Micromeritics, einen vollständigen Überblick über Mesoporen und Mikroporen in diesen mikroporösen Materialien bieten.

Warum benötigen Batteriehersteller mikroporöse Kohlenstoffe?

Silicium-Kohlenstoff (Si-C)-Anoden und Natrium-Ionen-Batterien entwickeln sich schnell weiter. Sie bieten eine Antwort auf die technischen Grenzen von Graphitelektroden, knappe Lithium- und Kobaltressourcen, instabile Lieferketten und den Druck, eine höhere Energiedichte bei niedrigeren Kosten zu liefern. Und beide Technologien basieren auf mikroporösen Kohlenstoffmaterialien.

Warum? Mikroporosität bietet einen starken Puffer für Siliziumabscheidung in Si-C-Anoden und effiziente Ioneninterkalation in Natrium-Ionen-Batterien. Aus Biomasse gewonnene mikroporöse Kohlenstoffe helfen auch, Kosten zu senken und den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren.

All dies bedeutet, dass mikroporöse Kohlenstoffe schnell essentiell für eine zukunftssichere Batterieindustrie werden – und ebenso zuverlässige Mikroporen-Charakterisierungstechnologien.

Charakterisierung eines breiten Porenbereichs mit dualen Gas-Isothermen

Bei der Charakterisierung der feinsten Mikroporen reichen Standard-Stickstoff (N₂)-Gasadsorptionsinstrumente oft nicht aus. Das Fehlen von Niederdruck-Transmittern macht ultraniedrige Druckbereiche unzugänglich und die engsten Mikroporen bleiben unentdeckt. Dies könnte zu unterperformanten Zellen, inkonsistenten Chargen und Verschwendung kritischer Ressourcen führen. Um dies zu verhindern, bietet das Micromeritics TriStar II Plus 3030 einen einfachen Wechsel zwischen mehreren Gasadsorptionsoptionen:

• Stickstoff (N₂)-Adsorption, für einen breiten Überblick über Mesoporen und größere Mikroporen
• Kohlenstoffdioxid (CO₂)-Adsorption bei 273 K, für effizientere Untersuchung kleinerer Porengrößen. Da CO₂ kleiner und linearer als N₂ ist, kann es in enge Poren diffundieren. Bei 273 K geschieht dies schneller

Ergänzend dazu ermöglicht das nichtlokale Dichtefunktionaltheorie (NLDFT)-Modell eine genaue Bestimmung von Mikroporengrößenverteilungen über diesen breiten Porenbereich. Sie können auch die kumulative spezifische Oberfläche genauer berechnen als mit einer einfachen BET-Schätzung.

Wie wir Biomasse-gewonnene mikroporöse Hartkohlenstoffanoden auf dem TriStar II Plus 3030 analysiert haben

Wir haben diese Funktionen getestet, indem wir ein biomasse-serivatiertes Hartkohlenstoff-Anodenmaterial auf dem TriStar II Plus 3030 analysierten.

Das N₂-Adsorptionsisotherm zeigte das Vorhandensein von Mikroporen und 20-30 Å Mesoporen an. Aber, wie erwartet, zeigte die NLDFT-Porengrößenverteilung dieser Isotherme keine Poren unter 9 Å.

Die doppelgas NLDFT Advanced-Porengrößenverteilung (PSD)-Methode, die sowohl N₂ als auch CO₂-Isothermen verwendet, bot ein vollständiges Bild. Sie zeigte Poren von nur 3,578 Å, was die vollständige Porengrößenverteilung für sowohl Mikro- als auch Mesoporenbereiche liefert.

Mit einer Oberflächenfläche von bis zu 1525 m²/g zeigte die Fallstudie, dass dieser Biomasse-derivierte Kohlenstoff ein idealer Vorläufer für Anoden mit hohem Siliziumgehalt ist, und eröffnet Möglichkeiten, Abfall wiederzuverwenden und gleichzeitig die spezifische Kapazität zu erhöhen.

Unser Rat: Verwenden Sie ein Instrument wie TriStar II Plus 3030 mit mehreren Gasoptionen und einfachem Wechsel zwischen Gasen, um bei den Entwicklungen von Si-C-Anoden und Natrium-Ionen-Batterien der Zeit voraus zu sein. Die hier vorgestellte Methode bietet eine zuverlässige Möglichkeit, Porenvolumen, Oberfläche und Porengrößenverteilung in Ihren mikroporösen Anodenmaterialien zu messen.

Laden Sie unser Anwendungshinweis herunter, um vollständige Details darüber zu erhalten, wie wir biomasse-derivierte mikroporöse Hartkohlenstoffanoden auf dem TriStar II Plus 3030 analysiert haben.