{"id":3014,"date":"2025-03-28T10:38:27","date_gmt":"2025-03-28T02:38:27","guid":{"rendered":"https:\/\/calcium-carbonate.epic-powder.com\/?p=3014"},"modified":"2025-03-28T10:38:30","modified_gmt":"2025-03-28T02:38:30","slug":"porous-carbon-why-it-is-called-a-new-opportunity-for-carbon-based-materials%ef%bc%9f","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/calcium-carbonate.epic-powder.com\/pt\/porous-carbon-why-it-is-called-a-new-opportunity-for-carbon-based-materials%ef%bc%9f\/","title":{"rendered":"Carbono poroso: por que ele \u00e9 chamado de uma nova oportunidade para materiais \u00e0 base de carbono?"},"content":{"rendered":"

Os materiais do \u00e2nodo s\u00e3o cruciais para baterias de \u00edons de l\u00edtio e afetam diretamente o desempenho da bateria. O grafite, o \u00e2nodo \u00e0 base de carbono mais usado, tem baixa capacidade e baixa estabilidade. Sua seguran\u00e7a e desempenho de taxa s\u00e3o dif\u00edceis de melhorar.
Um foco de pesquisa \u00e9 encontrar novos materiais \u00e0 base de carbono para substituir \u00e2nodos comerciais.
Entre os materiais de carbono, carbono poroso<\/a> tem alta \u00e1rea de superf\u00edcie e morfologia control\u00e1vel. Sua rica estrutura de poros e boa condutividade aumentam a estabilidade e reduzem os custos de s\u00edntese. O carbono poroso \u00e9 amplamente usado em armazenamento de energia e cat\u00e1lise. Seu potencial em baterias de l\u00edtio \u00e9 significativo \u2014 vamos explorar mais.<\/p>\n\n\n\n

Vantagens dos materiais de carbono porosos para baterias de l\u00edtio<\/h2>\n\n\n\n

Baterias de \u00edons de l\u00edtio usam \u00edons de l\u00edtio como meio de transmiss\u00e3o de energia, e os eletrodos s\u00e3o mecanismos de armazenamento eletroqu\u00edmico de l\u00edtio incorporados. Ao carregar, \u00edons de l\u00edtio s\u00e3o gerados no eletrodo positivo da bateria. Os \u00edons de l\u00edtio gerados s\u00e3o desintercalados do eletrodo positivo e se movem para o eletrodo negativo atrav\u00e9s do eletr\u00f3lito. O material de carbono como eletrodo negativo tem uma estrutura em camadas e muitos microporos. Os \u00edons de l\u00edtio que atingem o eletrodo negativo s\u00e3o incorporados nos microporos do material de carbono. <\/p>\n\n\n\n

Quanto mais \u00edons de l\u00edtio forem incorporados, maior ser\u00e1 a capacidade de carga. Neste momento, o eletrodo negativo \u00e9 rico em l\u00edtio, e o eletrodo positivo \u00e9 pobre em l\u00edtio. Ao mesmo tempo, a carga de compensa\u00e7\u00e3o de el\u00e9trons ser\u00e1 fornecida ao eletrodo negativo de carbono do circuito externo, garantindo assim o equil\u00edbrio de carga do eletrodo negativo. Durante a descarga, os \u00edons de l\u00edtio deixam o \u00e2nodo e se reinserem no c\u00e1todo atrav\u00e9s do eletr\u00f3lito.<\/p>\n\n\n\n

\"Diagrama<\/figure>\n\n\n\n

Como um \u00e2nodo de bateria de \u00edons de l\u00edtio, a alta \u00e1rea de superf\u00edcie do carbono poroso liga mais \u00edons de l\u00edtio para maior capacidade. Sua estrutura de poros complexa fornece caminhos de difus\u00e3o eficientes e encurta a dist\u00e2ncia de difus\u00e3o de \u00edons de l\u00edtio. Defeitos como vac\u00e2ncias e dopagem de hetero\u00e1tomos servem como locais de armazenamento de l\u00edtio. Durante a inser\u00e7\u00e3o\/extra\u00e7\u00e3o de l\u00edtio, o estresse mec\u00e2nico das mudan\u00e7as de volume \u00e9 m\u00ednimo, garantindo boa estabilidade do ciclo. Assim, o carbono poroso frequentemente exibe melhor desempenho eletroqu\u00edmico do que o grafite tradicional.<\/p>\n\n\n\n

\"Mecanismo<\/figure>\n\n\n\n

Qual \u00e9 o tamanho ideal de poro para carbono poroso?<\/h2>\n\n\n\n

O carbono poroso pode ser dividido em tr\u00eas tipos de acordo com o tamanho dos poros: carbono microporoso (tamanho dos poros menor que 2 nm), carbono mesoporoso (tamanho dos poros entre 2 e 50 nm) e carbono macroporoso (tamanho dos poros maior que 50 nm).<\/p>\n\n\n\n

Carbono microporoso<\/h3>\n\n\n\n

O carbono microporoso tem uma alta \u00e1rea de superf\u00edcie espec\u00edfica e exibe alta capacidade espec\u00edfica como um material de eletrodo. Pesquisadores prepararam carbono microporoso de alta \u00e1rea de superf\u00edcie usando um m\u00e9todo de modelagem.
Como um \u00e2nodo de bateria de \u00edons de l\u00edtio, ele mostrou uma grande capacidade irrevers\u00edvel (2547 mA\u00b7h\/g). Isso ocorre porque a alta \u00e1rea de superf\u00edcie aumenta a \u00e1rea de forma\u00e7\u00e3o de SEI.
Al\u00e9m disso, ele fornece mais s\u00edtios de liga\u00e7\u00e3o para grupos funcionais contendo oxig\u00eanio e hidrog\u00eanio. Esses grupos funcionais sofrem rea\u00e7\u00f5es irrevers\u00edveis com \u00edons de l\u00edtio, levando a uma alta capacidade irrevers\u00edvel. Decaimento significativo da capacidade \u00e9 observado nos ciclos iniciais. Portanto, o carbono microporoso de estrutura \u00fanica n\u00e3o \u00e9 um material ideal para \u00e2nodo de bateria de \u00edons de l\u00edtio.<\/p>\n\n\n\n

Carbono mesoporoso<\/h3>\n\n\n\n

O carbono mesoporoso tamb\u00e9m pode ser usado como material de \u00e2nodo de bateria de \u00edons de l\u00edtio.
Usando s\u00edlica ordenada como molde, o carbono mesoporoso ordenado (CMK-3) pode ser sintetizado. Ele exibe alta capacidade revers\u00edvel e excelente desempenho de ciclo de carga-descarga. Ap\u00f3s o primeiro ciclo, a capacidade de carga-descarga permanece est\u00e1vel. Isso ocorre porque a estrutura porosa ordenada minimiza a resist\u00eancia ao transporte de \u00edons, resultando em excelente estabilidade de ciclo.<\/p>\n\n\n\n

Carbono macroporoso<\/h3>\n\n\n\n

O carbono macroporoso ordenado preparado pelo m\u00e9todo de molde tamb\u00e9m pode ser usado como material de \u00e2nodo de bateria de \u00edons de l\u00edtio.
Usando opalas de s\u00edlica inversas como modelo, carbono macroporoso ordenado com uma estrutura de poros interconectados 3D e paredes de poros grafitadas pode ser sintetizado atrav\u00e9s do m\u00e9todo de deposi\u00e7\u00e3o qu\u00edmica de vapor (CVD) usando benzeno.
Como um \u00e2nodo de bateria de \u00edons de l\u00edtio, ele mant\u00e9m uma capacidade de 320 mA\u00b7h\/g ap\u00f3s 60 ciclos a 200 mA\/g, com uma taxa de reten\u00e7\u00e3o de capacidade de 98%.
Usando polimetilmetacrilato (PMMA) como modelo, um material macroporoso ordenado em 3D pode ser sintetizado por meio do m\u00e9todo sol-gel de resorcinol-formalde\u00eddo.
Como material de \u00e2nodo, ele atinge uma capacidade de 260 mA\u00b7h\/g a 1000 mA\/g, com uma reten\u00e7\u00e3o de capacidade de 83% ap\u00f3s 30 ciclos.<\/p>\n\n\n\n

Poroso Graduado<\/h3>\n\n\n\n

Entretanto, materiais de carbono porosos com estrutura de poro \u00fanico inevitavelmente apresentam algumas desvantagens.
Para melhorar seu desempenho, o carbono poroso hier\u00e1rquico \u2014 que integra poros interconectados de diferentes tamanhos em uma estrutura graduada \u2014 tornou-se um foco de pesquisa. As vantagens combinadas s\u00e3o as seguintes:<\/p>\n\n\n\n