กราไฟต์แบ่งออกเป็นกราไฟต์เทียมและกราไฟต์ธรรมชาติ ซึ่งปริมาณสำรองกราไฟต์ธรรมชาติที่พิสูจน์แล้วของโลกมีประมาณ 2 พันล้านตัน
กราไฟต์เทียมได้มาจากการสลายและการให้ความร้อนวัสดุที่มีคาร์บอนภายใต้แรงดันปกติ การเปลี่ยนแปลงนี้ต้องใช้ความร้อนและพลังงานที่สูงเพียงพอเป็นแรงขับเคลื่อน และโครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบจะเปลี่ยนไปเป็นโครงสร้างผลึกกราไฟต์ที่มีระเบียบ
การทำให้เป็นกราไฟต์ในความหมายที่กว้างที่สุดของวัสดุคาร์บอนผ่านการอบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูงที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,000 ℃ เพื่อจัดเรียงอะตอมคาร์บอน อย่างไรก็ตาม วัสดุคาร์บอนบางชนิดที่สามารถทำให้เป็นกราไฟต์ที่อุณหภูมิสูงกว่า 3,000 ℃ ได้ วัสดุคาร์บอนประเภทนี้เรียกว่า “ถ่านแข็ง” สำหรับวัสดุคาร์บอนที่ทำให้เป็นกราไฟต์ได้ง่าย วิธีการทำให้เป็นกราไฟต์แบบดั้งเดิมประกอบด้วย วิธีการอุณหภูมิสูงและแรงดันสูง การทำให้เป็นกราไฟต์แบบเร่งปฏิกิริยา วิธีการสะสมไอเคมี เป็นต้น
การสร้างกราไฟไทเซชันเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการใช้ประโยชน์จากวัสดุคาร์บอนที่มีมูลค่าเพิ่มสูง หลังจากการวิจัยเชิงลึกและกว้างขวางโดยนักวิชาการ ในปัจจุบันวิธีการดังกล่าวถือว่ามีความสมบูรณ์แบบแล้ว อย่างไรก็ตาม มีปัจจัยที่ไม่เอื้ออำนวยบางประการที่จำกัดการประยุกต์ใช้การสร้างกราไฟไทเซชันแบบดั้งเดิมในอุตสาหกรรม ดังนั้นจึงเป็นแนวโน้มที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการสำรวจวิธีการสร้างกราไฟไทเซชันแบบใหม่
วิธีการอิเล็กโทรไลซิสเกลือหลอมเหลวตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 เป็นเวลามากกว่าหนึ่งศตวรรษของการพัฒนา ทฤษฎีพื้นฐานและวิธีการใหม่มีนวัตกรรมและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบันไม่จำกัดอยู่แค่ในอุตสาหกรรมโลหะวิทยาแบบดั้งเดิมอีกต่อไป ในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 โลหะในระบบเกลือหลอมเหลว การเตรียมอิเล็กโทรไลซิสออกไซด์ของแข็งของโลหะธาตุได้กลายเป็นจุดสนใจในการใช้งานที่มากขึ้น
เมื่อไม่นานนี้ วิธีการใหม่ในการเตรียมวัสดุกราไฟต์โดยใช้ไฟฟ้าเกลือหลอมเหลวได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก
ด้วยวิธีโพลาไรเซชันแบบแคโทดิกและอิเล็กโทรดพอยต์ วัตถุดิบคาร์บอน 2 รูปแบบที่แตกต่างกันจะถูกแปลงเป็นวัสดุนาโนกราไฟต์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีกราไฟต์แบบดั้งเดิม วิธีการกราไฟต์แบบใหม่มีข้อได้เปรียบคืออุณหภูมิในการกราไฟต์ที่ต่ำกว่าและรูปร่างที่ควบคุมได้
เอกสารนี้จะทบทวนความคืบหน้าของการสร้างกราฟีนโดยใช้วิธีทางไฟฟ้าเคมี แนะนำเทคโนโลยีใหม่นี้ วิเคราะห์ข้อดีและข้อเสีย และแนวโน้มการพัฒนาในอนาคต
วิธีแรกคือวิธีการโพลาไรเซชันแคโทดอิเล็กโทรไลต์ด้วยเกลือหลอมเหลว
1.1 วัตถุดิบ
ปัจจุบัน วัตถุดิบหลักของกราไฟต์เทียมคือถ่านโค้กเข็มและถ่านโค้กพิทช์ที่มีระดับการกราไฟต์สูง โดยนำน้ำมันและทาร์ถ่านหินมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตวัสดุคาร์บอนคุณภาพสูง มีรูพรุนต่ำ กำมะถันต่ำ เถ้าต่ำ และข้อดีของการกราไฟต์ หลังจากเตรียมเป็นกราไฟต์แล้ว จะมีความต้านทานต่อแรงกระแทกได้ดี มีความแข็งแรงเชิงกลสูง มีความต้านทานไฟฟ้าต่ำ
อย่างไรก็ตาม ปริมาณสำรองน้ำมันที่มีจำกัดและราคาน้ำมันที่ผันผวนได้จำกัดการพัฒนา ดังนั้น การหาแหล่งวัตถุดิบใหม่ๆ จึงกลายเป็นปัญหาเร่งด่วนที่ต้องแก้ไข
วิธีการกราไฟไทเซชันแบบดั้งเดิมมีข้อจำกัด และวิธีการกราไฟไทเซชันแบบต่างๆ จะใช้วัตถุดิบที่แตกต่างกัน สำหรับคาร์บอนที่ไม่ได้กราไฟไทเซชัน วิธีการแบบดั้งเดิมแทบจะไม่สามารถทำให้กราไฟไทเซชันได้ ในขณะที่สูตรไฟฟ้าเคมีของอิเล็กโทรไลซิสเกลือหลอมเหลวสามารถทำลายข้อจำกัดของวัตถุดิบได้ และเหมาะสำหรับวัสดุคาร์บอนแบบดั้งเดิมเกือบทั้งหมด
วัสดุคาร์บอนแบบดั้งเดิมได้แก่ คาร์บอนแบล็ก คาร์บอนกัมมันต์ ถ่านหิน เป็นต้น โดยถ่านหินเป็นวัสดุที่มีแนวโน้มดีที่สุด หมึกที่ใช้ถ่านหินเป็นสารตั้งต้นและเตรียมเป็นผลิตภัณฑ์กราไฟต์ที่อุณหภูมิสูงหลังการบำบัดเบื้องต้น
เมื่อเร็วๆ นี้ เอกสารนี้ได้เสนอวิธีการทางเคมีไฟฟ้าแบบใหม่ เช่น การใช้อิเล็กโทรไลซิสเกลือหลอมเหลว ซึ่งไม่น่าจะทำให้คาร์บอนแบล็กกลายเป็นกราไฟต์ที่มีผลึกสูงได้ การอิเล็กโทรไลซิสของตัวอย่างกราไฟต์ที่มีชิปกราไฟต์ขนาดนาโนเมตรรูปกลีบดอกนั้นมีพื้นที่ผิวจำเพาะสูง เมื่อนำไปใช้กับแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียม จะแสดงประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมมากกว่ากราไฟต์ธรรมชาติ
Zhu และคณะได้นำถ่านหินคุณภาพต่ำที่ผ่านการบำบัดด้วยการกำจัดเถ้าถ่านเข้าสู่ระบบเกลือหลอมเหลว CaCl2 สำหรับกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสที่อุณหภูมิ 950 ℃ และประสบความสำเร็จในการแปลงถ่านหินคุณภาพต่ำให้กลายเป็นกราไฟต์ที่มีความเป็นผลึกสูง ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพอัตราการทำงานที่ดีและอายุการใช้งานยาวนานเมื่อใช้เป็นขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
การทดลองแสดงให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะแปลงวัสดุคาร์บอนแบบดั้งเดิมประเภทต่างๆ ให้เป็นกราไฟต์โดยวิธีการอิเล็กโทรไลซิสเกลือหลอมเหลว ซึ่งเปิดหนทางใหม่ให้กับกราไฟต์สังเคราะห์ในอนาคต
1.2 กลไกของ
วิธีการอิเล็กโทรไลซิสด้วยเกลือหลอมเหลวใช้คาร์บอนเป็นแคโทดและแปลงเป็นกราไฟต์ที่มีผลึกสูงโดยใช้โพลาไรเซชันแคโทดิก ในปัจจุบัน เอกสารที่มีอยู่กล่าวถึงการกำจัดออกซิเจนและการจัดเรียงอะตอมคาร์บอนในระยะไกลในกระบวนการแปลงศักยภาพของโพลาไรเซชันแคโทดิก
ออกซิเจนที่มีอยู่ในวัสดุคาร์บอนจะขัดขวางการสร้างกราฟิไทเซชันในระดับหนึ่ง ในกระบวนการสร้างกราฟิไทเซชันแบบดั้งเดิม ออกซิเจนจะถูกกำจัดออกอย่างช้าๆ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 1,600K อย่างไรก็ตาม การดีออกซิไดซ์โดยใช้โพลาไรเซชันแคโทดิกเป็นวิธีที่สะดวกมาก
เผิง ฯลฯ ในการทดลองครั้งแรกได้เสนอกลไกศักย์ไฟฟ้าโพลาไรเซชันแคโทดิกของเกลือหลอมเหลว กล่าวคือ การทำให้เป็นกราไฟต์นั้น จุดเริ่มต้นที่ดีที่สุดคือต้องอยู่ในไมโครสเฟียร์คาร์บอนแข็ง/อินเทอร์เฟซอิเล็กโทรไลต์ ไมโครสเฟียร์คาร์บอนแรกก่อตัวรอบเปลือกกราไฟต์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน จากนั้นอะตอมคาร์บอนที่ปราศจากน้ำและเสถียรจะไม่แพร่กระจายไปยังเกล็ดกราไฟต์ด้านนอกที่เสถียรยิ่งขึ้น จนกว่าจะทำให้เป็นกราไฟต์อย่างสมบูรณ์
กระบวนการกราไฟต์จะมาพร้อมกับการกำจัดออกซิเจนซึ่งได้รับการยืนยันจากการทดลองแล้ว
จินและคณะได้พิสูจน์มุมมองนี้ผ่านการทดลองเช่นกัน หลังจากการทำให้กลูโคสเป็นคาร์บอนแล้ว จะมีการกราไฟไทเซชัน (มีปริมาณออกซิเจน 17%) หลังจากการทำให้เป็นกราไฟไทเซชันแล้ว ทรงกลมคาร์บอนแข็งดั้งเดิม (รูปที่ 1a และ 1c) จะสร้างเปลือกที่มีรูพรุนซึ่งประกอบด้วยแผ่นนาโนกราไฟไทเซชัน (รูปที่ 1b และ 1d)
โดยการใช้ไฟฟ้ากับเส้นใยคาร์บอน (ออกซิเจน 16%) เส้นใยคาร์บอนอาจแปลงเป็นท่อกราไฟต์หลังจากการสร้างกราไฟต์ตามกลไกการแปลงที่คาดการณ์ไว้ในเอกสาร
เชื่อกันว่า การเคลื่อนไหวระยะไกลอยู่ภายใต้การโพลาไรเซชันแคโทดิกของอะตอมคาร์บอน กราไฟท์ผลึกสูงจะต้องผ่านกระบวนการจัดเรียงคาร์บอนอะมอร์ฟัสใหม่ กราไฟท์สังเคราะห์จะมีรูปร่างกลีบดอกที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวซึ่งได้รับประโยชน์จากอะตอมออกซิเจน แต่ยังไม่มีความชัดเจนว่าจะส่งผลต่อโครงสร้างนาโนเมตรของกราไฟท์ได้อย่างไร เช่น ออกซิเจนจากโครงกระดูกคาร์บอนหลังจากปฏิกิริยาแคโทด เป็นต้น
ขณะนี้การวิจัยเกี่ยวกับกลไกดังกล่าวยังคงอยู่ในขั้นเริ่มต้นและยังต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม
1.3 การกำหนดลักษณะทางสัณฐานวิทยาของกราไฟท์สังเคราะห์
SEM ใช้ในการสังเกตสัณฐานวิทยาพื้นผิวจุลภาคของกราไฟต์ TEM ใช้ในการสังเกตสัณฐานวิทยาของโครงสร้างที่เล็กกว่า 0.2 μm XRD และสเปกโตรสโคปีแบบรามานเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปที่สุดในการกำหนดลักษณะโครงสร้างจุลภาคของกราไฟต์ XRD ใช้ในการกำหนดลักษณะข้อมูลผลึกของกราไฟต์ และใช้สเปกโตรสโคปีแบบรามานเพื่อกำหนดลักษณะข้อบกพร่องและระดับลำดับของกราไฟต์
มีรูพรุนจำนวนมากในกราไฟต์ที่เตรียมโดยการโพลาไรเซชันแคโทดของอิเล็กโทรไลซิสเกลือหลอมเหลว สำหรับวัตถุดิบที่แตกต่างกัน เช่น อิเล็กโทรไลซิสคาร์บอนแบล็ก จะได้โครงสร้างนาโนที่มีรูพรุนคล้ายกลีบดอกไม้ การวิเคราะห์สเปกตรัม XRD และรามานจะดำเนินการกับคาร์บอนแบล็กหลังอิเล็กโทรไลซิส
ที่อุณหภูมิ 827 ℃ หลังจากผ่านการบำบัดด้วยแรงดันไฟฟ้า 2.6V เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ภาพสเปกตรัมรามานของคาร์บอนแบล็กจะเกือบเหมือนกับภาพกราไฟต์เชิงพาณิชย์ หลังจากผ่านการบำบัดคาร์บอนแบล็กด้วยอุณหภูมิที่แตกต่างกันแล้ว จะวัดค่าพีคลักษณะเฉพาะของกราไฟต์ที่คมชัด (002) ค่าพีคการเลี้ยวเบน (002) แสดงถึงระดับการวางแนวของชั้นคาร์บอนอะโรมาติกในกราไฟต์
ชั้นคาร์บอนยิ่งคมก็จะยิ่งมีทิศทางมากขึ้น
จูใช้ถ่านหินคุณภาพต่ำที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์เป็นแคโทดในการทดลอง และโครงสร้างจุลภาคของผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการทำให้เป็นกราไฟต์ได้ถูกเปลี่ยนจากโครงสร้างกราไฟต์แบบเม็ดเป็นโครงสร้างกราไฟต์ขนาดใหญ่ และยังสังเกตเห็นชั้นกราไฟต์ที่แน่นภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านอัตราสูงอีกด้วย
ในสเปกตรัมรามาน เมื่อสภาพการทดลองเปลี่ยนไป ค่า ID/Ig ก็เปลี่ยนไปด้วย เมื่ออุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์อยู่ที่ 950 ℃ เวลาอิเล็กโทรไลต์จะอยู่ที่ 6 ชั่วโมง และแรงดันไฟฟ้าอิเล็กโทรไลต์อยู่ที่ 2.6V ค่า ID/Ig ต่ำสุดอยู่ที่ 0.3 และค่าพีค D ต่ำกว่าค่าพีค G มาก ในเวลาเดียวกัน การปรากฏตัวของพีค 2 มิติยังแสดงถึงการก่อตัวของโครงสร้างกราไฟต์ที่มีการเรียงลำดับอย่างสูงอีกด้วย
ค่าพีคการเลี้ยวเบนที่คมชัด (002) ในภาพ XRD ยังยืนยันถึงความสำเร็จในการแปลงถ่านหินคุณภาพต่ำให้เป็นกราไฟต์ที่มีผลึกสูงอีกด้วย
ในกระบวนการสร้างกราไฟต์ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าจะมีบทบาทในการส่งเสริม แต่แรงดันไฟฟ้าที่สูงเกินไปจะลดผลผลิตของกราไฟต์ และอุณหภูมิที่สูงเกินไปหรือระยะเวลาการสร้างกราไฟต์ที่ยาวนานเกินไปจะนำไปสู่การสิ้นเปลืองทรัพยากร ดังนั้น สำหรับวัสดุคาร์บอนที่แตกต่างกัน การสำรวจเงื่อนไขอิเล็กโทรไลต์ที่เหมาะสมที่สุดจึงมีความสำคัญเป็นพิเศษ ซึ่งเป็นจุดเน้นและความยากเช่นกัน
โครงสร้างนาโนที่มีลักษณะคล้ายกลีบดอกนี้มีคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม รูพรุนจำนวนมากทำให้สามารถแทรกหรือถอดไอออนได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ได้วัสดุแคโทดคุณภาพสูงสำหรับแบตเตอรี่ เป็นต้น ดังนั้น วิธีทางไฟฟ้าเคมีจึงเป็นวิธีการสร้างกราไฟต์ที่มีศักยภาพมาก
วิธีการชุบด้วยไฟฟ้าด้วยเกลือหลอมเหลว
2.1 การสะสมคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยไฟฟ้า
เนื่องจาก CO2 เป็นก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญที่สุด จึงเป็นทรัพยากรหมุนเวียนที่ไม่เป็นพิษ ไม่เป็นอันตราย ราคาถูก และหาได้ง่าย อย่างไรก็ตาม คาร์บอนใน CO2 อยู่ในสถานะออกซิเดชันสูงสุด ดังนั้น CO2 จึงมีเสถียรภาพทางอุณหพลศาสตร์สูง ซึ่งทำให้ยากต่อการนำกลับมาใช้ใหม่
งานวิจัยเกี่ยวกับการสร้างอิเล็กโทรดด้วย CO2 ในยุคแรกเริ่มสามารถสืบย้อนไปได้ถึงช่วงทศวรรษ 1960 Ingram และคณะได้เตรียมอิเล็กโทรดคาร์บอนบนทองคำในระบบเกลือหลอมเหลวของ Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 ได้สำเร็จ
Van et al. ชี้ให้เห็นว่าผงคาร์บอนที่ได้ที่มีศักยภาพรีดักชันต่างกันจะมีโครงสร้างที่แตกต่างกัน รวมถึงกราไฟต์ คาร์บอนอะมอร์ฟัส และเส้นใยคาร์บอนนาโน
การใช้เกลือหลอมเหลวเพื่อจับกัก CO2 และวิธีการเตรียมวัสดุคาร์บอนประสบความสำเร็จ ภายหลังการวิจัยเป็นเวลานาน นักวิชาการได้มุ่งเน้นไปที่กลไกการก่อตัวของการสะสมคาร์บอนและผลกระทบของสภาวะอิเล็กโทรไลซิสต่อผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ซึ่งรวมถึงอุณหภูมิของอิเล็กโทรไลต์ แรงดันไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ และองค์ประกอบของเกลือหลอมเหลวและอิเล็กโทรด เป็นต้น การเตรียมวัสดุกราไฟต์ประสิทธิภาพสูงสำหรับการสะสม CO2 ด้วยไฟฟ้าจึงได้สร้างรากฐานที่มั่นคงแล้ว
ด้วยการเปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์และการใช้ระบบเกลือหลอมเหลวที่ใช้ CaCl2 ที่มีประสิทธิภาพในการดักจับ CO2 สูงขึ้น Hu et al. ได้ประสบความสำเร็จในการเตรียมกราฟีนที่มีระดับการสร้างกราไฟต์ที่สูงขึ้นและคาร์บอนนาโนทิวบ์และโครงสร้างนาโนกราไฟต์อื่นๆ โดยการศึกษาสภาวะของอิเล็กโทรไลต์ เช่น อุณหภูมิของอิเล็กโทรไลซิส องค์ประกอบของอิเล็กโทรด และองค์ประกอบของเกลือหลอมเหลว
เมื่อเปรียบเทียบกับระบบคาร์บอเนต CaCl2 มีข้อได้เปรียบคือราคาถูกและหาได้ง่าย มีสภาพนำไฟฟ้าสูง ละลายน้ำได้ง่าย และไอออนออกซิเจนละลายได้ดีกว่า ซึ่งเป็นเงื่อนไขทางทฤษฎีสำหรับการแปลง CO2 ให้เป็นผลิตภัณฑ์กราไฟต์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง
2.2 กลไกการเปลี่ยนแปลง
การเตรียมวัสดุคาร์บอนที่มีมูลค่าเพิ่มสูงโดยการชุบ CO2 จากเกลือหลอมเหลวนั้นประกอบด้วยการจับ CO2 และการรีดักชันทางอ้อมเป็นหลัก การจับ CO2 จะเสร็จสมบูรณ์ด้วย O2- อิสระในเกลือหลอมเหลว ดังที่แสดงในสมการ (1)
CO2+O2-→CO3 2- (1)
ในปัจจุบันมีการเสนอกลไกปฏิกิริยาการลดทางอ้อมสามแบบ ได้แก่ ปฏิกิริยาขั้นตอนเดียว ปฏิกิริยาสองขั้นตอน และกลไกปฏิกิริยาการลดโลหะ
กลไกปฏิกิริยาขั้นตอนเดียวได้รับการเสนอครั้งแรกโดย Ingram ดังแสดงในสมการ (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
กลไกปฏิกิริยาสองขั้นตอนได้รับการเสนอโดย Borucka et al. ดังแสดงในสมการ (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Deanhardt และคณะได้เสนอกลไกของปฏิกิริยารีดักชันโลหะ โดยเชื่อว่าไอออนของโลหะจะถูกรีดักชันเป็นโลหะในแคโทดก่อน จากนั้นโลหะจะถูกรีดักชันเป็นไอออนคาร์บอเนต ดังที่แสดงในสมการ (5~6):
เอ็ม- + อี – →เอ็ม (5)
4 ม. + M2CO3 – > C + 3 ม.2o (6)
ในปัจจุบันกลไกปฏิกิริยาขั้นตอนเดียวได้รับการยอมรับโดยทั่วไปในวรรณกรรมที่มีอยู่
Yin และคณะศึกษาเกี่ยวกับระบบคาร์บอเนต Li-Na-K โดยใช้โลหะนิกเกิลเป็นแคโทด โลหะดีบุกไดออกไซด์เป็นแอโนด และโลหะเงินเป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง และได้รูปการทดสอบโวลแทมเมทรีแบบวนรอบในรูปที่ 2 (อัตราการสแกน 100 mV/s) ที่แคโทดโลหะนิกเกิล และพบว่ามีจุดสูงสุดในการรีดักชันเพียงจุดเดียว (ที่ -2.0V) ในการสแกนเชิงลบ
ดังนั้นสรุปได้ว่าระหว่างการรีดิวซ์คาร์บอเนตมีปฏิกิริยาเพียงหนึ่งเดียวเท่านั้น
Gao และคณะได้รับโวลแทมเมทรีแบบวงจรเดียวกันในระบบคาร์บอเนตเดียวกัน
Ge และคณะใช้ขั้วบวกเฉื่อยและแคโทดทังสเตนเพื่อจับ CO2 ในระบบ LiCl-Li2CO3 และได้ภาพที่คล้ายกัน และมีเพียงจุดสูงสุดของการลดการสะสมคาร์บอนเท่านั้นที่ปรากฏในการสแกนเชิงลบ
ในระบบเกลือหลอมเหลวของโลหะอัลคาไลน์ โลหะอัลคาไลและ CO จะถูกสร้างขึ้นในขณะที่คาร์บอนถูกสะสมโดยแคโทด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสภาวะทางอุณหพลศาสตร์ของปฏิกิริยาการสะสมคาร์บอนจะต่ำกว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่า จึงสามารถตรวจพบการลดคาร์บอเนตเป็นคาร์บอนในการทดลองเท่านั้น
2.3 การจับ CO2 โดยเกลือหลอมเหลวเพื่อเตรียมผลิตภัณฑ์กราไฟท์
วัสดุนาโนกราไฟต์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง เช่น กราฟีนและคาร์บอนนาโนทิวบ์ สามารถเตรียมได้โดยการชุบ CO2 ด้วยไฟฟ้าจากเกลือหลอมเหลวโดยควบคุมเงื่อนไขการทดลอง Hu et al. ใช้สเตนเลสสตีลเป็นแคโทดในระบบเกลือหลอมเหลว CaCl2-NaCl-CaO และผ่านกระบวนการอิเล็กโทรไลต์เป็นเวลา 4 ชั่วโมงภายใต้สภาวะแรงดันคงที่ 2.6V ที่อุณหภูมิต่างๆ
กราฟีนถูกพบบนพื้นผิวของแคโทดเนื่องมาจากการเร่งปฏิกิริยาของเหล็กและผลการระเบิดของ CO ระหว่างชั้นกราไฟต์ กระบวนการเตรียมกราฟีนแสดงอยู่ในรูปที่ 3
รูปภาพ
ภายหลังจากการศึกษาได้เพิ่ม Li2SO4 ลงบนระบบเกลือหลอมเหลว CaCl2-NaClCaO อุณหภูมิของอิเล็กโทรไลซิสอยู่ที่ 625 ℃ หลังจากผ่านไป 4 ชั่วโมงของอิเล็กโทรไลซิส ในเวลาเดียวกัน ในการสะสมแคโทดิกของคาร์บอน พบกราฟีนและนาโนทิวบ์คาร์บอน การศึกษาพบว่า Li+ และ SO42- ส่งผลดีต่อการสร้างกราไฟต์
กำมะถันยังถูกรวมเข้าในเนื้อคาร์บอนได้สำเร็จ และสามารถรับแผ่นกราไฟท์ที่บางเฉียบและคาร์บอนที่เป็นเส้นใยได้โดยการควบคุมสภาวะอิเล็กโทรไลต์
วัสดุเช่นอุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์สูงและต่ำสำหรับการก่อตัวของกราฟีนถือเป็นสิ่งสำคัญ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 800 ℃ จะสร้าง CO ได้ง่ายกว่าคาร์บอน แทบจะไม่มีการสะสมคาร์บอนเมื่อสูงกว่า 950 ℃ ดังนั้นการควบคุมอุณหภูมิจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตกราฟีนและคาร์บอนนาโนทิวบ์ และฟื้นฟูปฏิกิริยาการสะสมคาร์บอนที่จำเป็นให้เกิดการทำงานร่วมกันของปฏิกิริยา CO เพื่อให้แน่ใจว่าแคโทดจะสร้างกราฟีนที่เสถียร
ผลงานเหล่านี้นำเสนอวิธีการใหม่ในการเตรียมผลิตภัณฑ์นาโนกราไฟท์โดยใช้ CO2 ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการแก้ปัญหาก๊าซเรือนกระจกและการเตรียมกราฟีน
3. บทสรุปและแนวโน้ม
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ กราไฟต์ธรรมชาติไม่สามารถตอบสนองความต้องการปัจจุบันได้ และกราไฟต์เทียมมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ดีกว่ากราไฟต์ธรรมชาติ ดังนั้นการสร้างกราไฟต์ให้มีราคาถูก มีประสิทธิภาพ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจึงเป็นเป้าหมายในระยะยาว
วิธีการทางเคมีไฟฟ้าทำให้กราไฟต์ในวัตถุดิบที่เป็นของแข็งและก๊าซด้วยวิธีโพลาไรเซชันแบบแคโทดิกและการสะสมทางเคมีไฟฟ้าประสบความสำเร็จในการผลิตวัสดุกราไฟต์ด้วยมูลค่าเพิ่มสูง เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการสร้างกราไฟต์แบบดั้งเดิม วิธีการทางเคมีไฟฟ้ามีประสิทธิภาพสูงกว่า ใช้พลังงานน้อยกว่า ปกป้องสิ่งแวดล้อมสีเขียว สำหรับการจำกัดขนาดเล็กโดยใช้วัสดุที่เลือกในเวลาเดียวกัน สามารถเตรียมได้ตามสภาพอิเล็กโทรไลซิสที่แตกต่างกันในโครงสร้างกราไฟต์ที่มีสัณฐานวิทยาต่างกัน
เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสำหรับการแปลงคาร์บอนอะมอร์ฟัสและก๊าซเรือนกระจกทุกชนิดให้เป็นวัสดุแกรไฟต์ที่มีโครงสร้างนาโนอันมีค่าและมีแนวโน้มการนำไปประยุกต์ใช้ที่ดี
ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น มีการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับการสร้างกราไฟต์โดยใช้วิธีไฟฟ้าเคมีเพียงเล็กน้อย และยังมีกระบวนการต่างๆ มากมายที่ยังไม่สามารถระบุได้ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องเริ่มต้นจากวัตถุดิบและดำเนินการศึกษาอย่างครอบคลุมและเป็นระบบเกี่ยวกับคาร์บอนอสัณฐานต่างๆ และในขณะเดียวกันก็ศึกษาอุณหพลศาสตร์และพลวัตของการแปลงกราไฟต์ในระดับที่ลึกขึ้น
สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมกราไฟต์ในอนาคต
เวลาโพสต์ : 10 พฤษภาคม 2564