Caracterización de ánodos de carbono microporosos en un instrumento de fisisorción estándar

La caracterización del carbono microporoso se está convirtiendo rápidamente en esencial para una industria de baterías a prueba de futuro, pero el análisis estándar de adsorción de gas N₂ a menudo se queda corto. Para obtener información precisa, se necesita un enfoque de doble sonda.

Siga leyendo para aprender cómo los instrumentos con adsorción de gas dual, como el TriStar II Plus de Micromeritics, proporcionan una visión completa de los mesoporos y microporos en estos materiales microporosos.

¿Por qué los fabricantes de baterías necesitan carbones microporosos?

Los ánodos de silicio-carbono (Si-C) y las baterías de ion-sodio están evolucionando rápidamente. Proporcionan una respuesta a los electrodos de grafito que alcanzan sus límites técnicos, suministros escasos de litio y cobalto, cadenas de suministro inestables y presión para ofrecer mayor densidad de energía a costos más bajos. Y ambas tecnologías dependen de materiales de carbono microporoso.

¿Por qué? La microporosidad proporciona un amortiguador fuerte para la deposición de silicio en ánodos Si-C y una eficiente intercalación de iones en baterías de ion-sodio. El carbono microporoso derivado de la biomasa también ayuda a reducir costos y disminuir el impacto ambiental.

Todo esto significa que los carbones microporosos están volviéndose rápidamente esenciales para una industria de baterías a prueba de futuro, al igual que las tecnologías confiables de caracterización de microporos.

Caracterizando un amplio rango de poros usando isotermas de gas dual

Al caracterizar los microporos más finos, los instrumentos de adsorción de gas N₂ estándar a menudo se quedan cortos. La ausencia de transductores de presión baja hace que las regiones de presión ultra baja sean inaccesibles, dejando sin detectar los microporos más estrechos. Esto podría resultar en células de bajo rendimiento, inconsistencias de lote a lote y desperdicio de recursos críticos. Para prevenir esto, el Micromeritics TriStar II Plus 3030 ofrece un sencillo cambio entre múltiples opciones de adsorción de gas:

• Adsorción de nitrógeno (N₂), para una visión amplia de mesoporos y microporos más grandes
• Adsorción de dióxido de carbono (CO₂) a 273 K, para una exploración más eficiente de tamaños de poro más pequeños. Dado que el CO₂ es más pequeño y más lineal que el N₂, puede difundir en poros estrechos. A 273 K, esto ocurre más rápidamente

Complementando esto, el modelo de teoría funcional de densidad no local (NLDFT) le permite determinar con precisión las distribuciones de tamaño de microporos a lo largo de este amplio rango de poros. También puede calcular el área superficial específica acumulada con mayor precisión que con una simple estimación BET.

Cómo analizamos ánodos de carbono duro microporoso derivado de biomasa en el TriStar II Plus 3030

Pusimos a prueba estas características analizando un material de ánodo de carbono duro derivado de biomasa en el TriStar II Plus 3030.

La isoterma de adsorción de N₂ indicó la presencia de microporos y mesoporos de 20-30 Å. Pero, como era de esperar, el análisis de distribución de tamaño de poro NLDFT de esta isoterma no reveló poros por debajo de 9 Å.

El método de distribución de tamaño de poro avanzado NLDFT de gas dual, usando tanto isotermas de N₂ como de CO₂, proporcionó una imagen completa. Reveló poros tan bajos como 3.578 Å, proporcionando la distribución completa del tamaño de poro tanto para rangos de micro como de mesoporos.

Con un área superficial que alcanza hasta 1525 m²/g, el estudio de caso reveló que este carbono derivado de biomasa es un precursor ideal para ánodos con alto contenido de silicio, abriendo oportunidades para reciclar desechos mientras se mejora la capacidad específica.

Nuestro consejo: Use un instrumento como el TriStar II Plus 3030 con múltiples opciones de gas y un sencillo cambio entre gases para estar a la vanguardia de los desarrollos de ánodos Si-C y baterías de ion-sodio. El método presentado aquí proporciona una forma confiable de medir el volumen de poro, el área superficial y la distribución del tamaño de poro en sus materiales de ánodos microporosos.

Descargue nuestra nota de aplicación para obtener detalles completos de cómo analizamos los ánodos de carbono duro microporoso derivado de biomasa en el TriStar II Plus 3030.