Caractérisation des anodes en carbone microporeux sur un instrument de physisorption standard

La caractérisation du carbone microporeux devient rapidement essentielle pour une industrie des batteries à l’épreuve du temps, mais l’analyse standard d’adsorption de gaz N₂ échoue souvent. Pour des informations précises, il faut une approche à double sonde.

Lisez la suite pour apprendre comment des instruments avec adsorption de gaz double, comme TriStar II Plus de Micromeritics, offrent une vue complète des mésopores et des micropores dans ces matériaux microporeux.

Pourquoi les fabricants de batteries ont-ils besoin de carbones microporeux ?

Les anodes en silicium-carbone (Si-C) et les batteries sodium-ion évoluent rapidement. Elles apportent une réponse aux électrodes en graphite atteignant leurs limites techniques, à l’approvisionnement limité en lithium et cobalt, aux chaînes d’approvisionnement instables et à la pression pour fournir une densité énergétique plus élevée à des coûts inférieurs. Et ces deux technologies dépendent des matériaux en carbone microporeux.

Pourquoi ? La microporosité offre un tampon solide pour le dépôt de silicium dans les anodes Si-C et une intercalation ionique efficace dans les batteries sodium-ion. Le carbone microporeux issu de la biomasse aide également à réduire les coûts et l’empreinte environnementale.

Tout cela signifie que les carbones microporeux deviennent rapidement essentiels pour une industrie des batteries à l’épreuve du temps – et donc, les technologies fiables de caractérisation des micropores le deviennent aussi.

Caractériser une large gamme de pores en utilisant des isothermes de gaz doubles

Lors de la caractérisation des micropores les plus fins, les instruments d’adsorption de gaz N₂ standard échouent souvent. L’absence de transducteurs à basse pression rend les régions à ultra-basse pression inaccessibles, laissant les micropores les plus étroits non détectés. Cela pourrait résulter en des cellules sous-performantes, des incohérences de lot en lot et un gaspillage de ressources critiques. Pour éviter cela, le Micromeritics TriStar II Plus 3030 offre un changement facile entre plusieurs options d’adsorption de gaz :

• Adsorption d’azote (N₂), pour une vue large des mésopores et des micropores plus grands
• Adsorption de dioxyde de carbone (CO₂) à 273 K, pour une exploration plus efficiente des tailles de pores plus petites. Étant donné que le CO₂ est plus petit et plus linéaire que le N₂, il peut se diffuser dans des pores étroits. À 273 K, cela se produit plus rapidement

En complément, le modèle de la théorie de la densité fonctionnelle non locale (NLDFT) vous permet de déterminer précisément les distributions de taille des micropores sur cette large gamme de pores. Vous pouvez également calculer une aire de surface spécifique cumulative plus précisément qu’avec une simple estimation BET.

Comment nous avons analysé des anodes en carbone dur microporeux dérivé de la biomasse sur le TriStar II Plus 3030

Nous avons mis ces fonctionnalités à l’épreuve en analysant un matériau d’anode en carbone dur dérivé de la biomasse sur le TriStar II Plus 3030.

L’isotherme d’adsorption N₂ a indiqué la présence de micropores et de mésopores de 20-30 Å. Mais, comme prévu, l’analyse de distribution des tailles de pores NLDFT de cet isotherme n’a pas révélé de pores en dessous de 9 Å.

La méthode avancée de distribution des tailles de pores (PSD) NLDFT à gaz double, utilisant les isothermes N₂ et CO₂, a fourni une image complète. Elle a révélé des pores aussi bas que 3,578 Å , donnant la distribution complète des tailles de pores pour les gammes de micropores et de mésopores.

Avec une aire de surface atteignant jusqu’à 1525 m²/g, l’étude de cas a révélé que ce carbone dérivé de la biomasse est un précurseur idéal pour les anodes à haute teneur en silicium, ouvrant des opportunités pour recycler les déchets tout en améliorant la capacité spécifique.

Notre conseil : Utilisez un instrument comme le TriStar II Plus 3030 avec plusieurs options de gaz et un changement facile entre les gaz pour rester à la pointe des développements des anodes Si-C et des batteries sodium-ion. La méthode présentée ici fournit un moyen fiable de mesurer le volume de pore, l’aire de surface et la distribution des tailles de pores dans vos matériaux d’anode microporeux.

Téléchargez notre note d’application pour des détails complets sur la façon dont nous avons analysé des anodes en carbone dur microporeux dérivé de la biomasse sur le TriStar II Plus 3030.