Пористый углерод на основе смолы рассматривается как каркасный материал для аккумуляторов с высокой плотностью энергии. Традиционный графит приближается к теоретической ёмкости 372 mAh/g, поэтому отрасль развивает кремний-углеродные аноды. Одной из главных задач остаётся компенсация объёмного расширения кремния при циклировании.
Что такое пористый углерод на основе смолы
Материал получают из фенольной или производной биомассовой смолы посредством карбонизации и активации. В углеродных частицах формируют микропоры менее 2 nm и мезопоры 2–50 nm. Пористая структура создаёт пространство для размещения активного компонента и резерв для компенсации объёмных изменений.
Три ключевых преимущества
Управляемая структура
Смоляной материал получают химическим синтезом, поэтому можно регулировать степень полимеризации, сшивки, морфологию и последующее распределение пор. Это помогает повышать воспроизводимость между партиями.
Прочность и сопротивление расширению
В кремний-углеродном аноде пористый углерод выполняет функцию каркаса. В материале SHANLI для фенольного углерода приведены прочность отдельной частицы более 200 MPa, снижение расширения кремния приблизительно с 300 % до 150 % и ресурс свыше 1000 циклов.
Чистота
Для смоляного углерода указана чистота 98–99 % и возможность достижения начальной кулоновской эффективности более 88 % в сочетании с CVD-осаждением кремния.
Сравнение материалов
Пористая структура
Смоляной материал: высокая управляемость, однородность и возможность настройки. Биомассовый или пековый материал: зависимость от исходного сырья и различия между партиями.
Механическая прочность
Смоляной материал: высокая стойкость к сжатию и расширению, стабильный каркас. Биомассовый или пековый материал: более низкая прочность и риск разрушения структуры при циклировании.
Чистота
Смоляной материал: до 99 %. Биомассовый или пековый материал: больше золы и примесей, требуется дополнительная очистка.
Рынок и технологические направления
В клиентском обзоре объём мирового рынка смоляного пористого углерода оценивается в 7,53 млрд юаней в 2024 году и 18,99 млрд юаней к 2031 году при среднегодовом росте 12,9 %. К основным направлениям отнесены кремний-углеродные аноды, натрий-ионные аккумуляторы, снижение стоимости сырья, самоактивация и переход к сферической морфологии.
Сферические частицы обладают хорошей текучестью, удобны для нанесения покрытия и позволяют повышать насыпную плотность. Самоактивация рассматривается как способ формировать поры при разложении функциональных звеньев в процессе карбонизации.
