ПРИМЕНЕИЕ МИКРОВОЛНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ ПИРОГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ГРАФИТОВ
Аннотация
Работа посвящена исследованию процесса химической очистки порошков природного графита методом щелочного травления. Высокочистые графитовые материалы широко востребованы на сегодняшний день при производстве анодных материалов литийионных аккумуляторов. Наличие в природных графитах зольных примесей, таких как оксиды кремния, железа и алюминия приводят к резкому снижению электрохимических свойств графита, а также быстрой потери работоспособности. Разработка новых эффективных способов очистки графита, позволяющих сократить удельные энерго- и материальные затраты, позволит значительно снизить себестоимость анодного материала. В настоящем исследовании проведено сравнение двух способов щелочной очистки графита, с термообработкой в муфельной печи и нагревом за счет СВЧ-излучения. Методами термогравиметрического анализа, электронной микроскопии и рентгеновского спектрального микроанализа изучено влияние СВЧ-обработки системы графит – едкий натр на процессы удаления зольных примесей. Установлено, что при проведении термообработки в СВЧ поле наблюдается интенсификация процессов очистки. Применение СВЧ нагрева позволяет снизить продолжительность процесса очистки в 3 - 4 раза, при этом наблюдается более эффективная очистка от соединений алюминия и кремния. Также стоит отметить, что за счет меньшей продолжительности процесса очистки происходит меньшее окисление поверхности графита и соответственно меньшие его потери.
Литература
Nasraoui M., Urvanov S.A., Filimonenkov I.S., Mordkovich V.Z. Hybrid carbon materials for sodiumanodes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim.
Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 10. P. 89-96. DOI:
6060/ivkkt.20236610.4y
Zaritovsky A.N., Kotenko E.N., Grischuk S.V. Preparation of carbon nanostructures from polymer materials.
ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim.
Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 5. P. 99-106. DOI:
6060/ivkkt.20246705.6957
Nozdryukhin A.D., Potapov I.S., Poilov V.Z., Cherepanova M.V. Increasing the heat resistance of products made
from thermally expanded graphite. ChemChemTech [Izv.
Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64.
N 8. P. 49-56. DOI: 10.6060/ivkkt.20216408.6404
Cabana J., Monconduit L., Larcher D., Palacıґn M.R.
Beyond Intercalation-Based Li-Ion Batteries: The State of
the Art and Challenges of Electrode Materials Reacting
Through Conversion Reactions. Adv. Mater. 2010. V. 22. P.
-192. DOI: 10.1002/adma.201000717.
Larcher D., Beattie S., Morcrette M., Edstrom K., Jumas
J.-C., Tarascon J.-M. Recent findings and prospects in the
field of pure metals as negative electrodes for Li-ion batteries. J. Mater. Chem. 2007. V. 17. P. 3759-3772. DOI:
1039/B705421C.
Obrovac M.N., Chevrier V.L. Alloy Negative Electrodes
for Li-Ion Batteries. Chem. Rev. 2014. Vol. 114. N. 23. P.
-11502. DOI: 10.1021/cr500207g.
Bresser D., Passerini S., Scrosati B. Leveraging valuable
synergies by combining alloying and conversion for lithiumion anodes. En. Environ. Sci. 2016. V. 9. P. 3348–3367.
DOI: 10.1039/C6EE02346K.
Guo Y.-G., Hu J.-S., Wan L.-J. Nanostructured materials for electrochemical energy conversion and storage devices. Adv. Mater. 2008. V. 20. P. 2878–2887. DOI:
1002/adma.200800627.
Nitta N., Yushin G. High-Capacity Anode Materials for
Lithium-Ion Batteries: Choice of Elements and Structures for
Active Particles. Part. Part. Syst. Charact. 2014. V. 31. P.
-336. DOI: 10.1002/ppsc.201300231.
Reddy M.V., Subba Rao G.V., Chowdari B.V.R. Metal
Oxides and Oxysalts as Anode Materials for Li Ion Batteries. Chem. Rev. 2013. V. 113. P. 5364–5457. DOI:
1021/cr3001884.
Bratkov I.V., Ivanov A.D., Kolchin A.D., Savitskiy I.A.,
Smirnov N.N. Investigation of the effect of mechanochemical activation in a shock-reflective mill on the crystal structure of natural graphite. ChemChemTech [Izv. Vyssh.
Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 4. P.
-74. DOI: 10.60/ivkkt.20236604.6795.
Bratkov I.V., Ivanov A.D., Kolchin A.D., Savitsky I.A.
Investigation of the process of obtaining a composite material "spherical graphite – Fe2O3". ChemChemTech [Izv.
Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67.
N 3. P. 127 -134. DOI: 10.60/ivkkt.20246703.7041.
Lin D., Liu Y., Cui Y. Reviving the lithium metal anode for highenergy batteries. Nat. Nanotechnol. 2017. V. 12. P. 194-206.
DOI:10.1038/nnano.2017.16.
Cheng X., Zhang R., Zhao C., Zhang Q. Toward safe lithium
metal anode in rechargeable batteries: a review. Chem. Rev. 2017.
V. 117. P. 10403-10473. DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00115.
Albertus P., Babinec S., Litzelman S., Newman A. Status
and challenges in enabling the lithium metal electrode for highenergy and low-cost rechargeable batteries. Nat. Energy. 2017.
V. 3. P. 16–21. DOI: 10.1038/s41560-017-0047-2.
Zhang Y., Zuo T., Popovic J., Lim K., Yin Y., Maier J.,
Guo Y. Towards better Li metal anodes: challenges and
strategies. Mater. Today. 2019. V. 33. P. 56-74. DOI:
1016/j.mattod.2019.09.018
Yoshio M., Wang H., Fukuda K., Umeno T., Abe T.,
Ogumi Z. Improvement of natural graphite as a Lithium-ion
battery anode material, from raw flake to carbon-coated
sphere. J. Mater. Chem. 2004. V. 14. N. 11. P. 1754-1758.
DOI: 10.1039/B316702J.
Hu X., Tang X., Zhou Y., Dai Y., Huang Q. A continuous
high-temperature purification reactor for graphite using Freon-12. Carbon. 2016. V. 114. P. 753-754. DOI:
1016/j.carbon.2016.10.078.
Shen K., Chen X., Shen W., Huang Zh.-H., Liu B., Kang
F. Thermal and gas purification of natural graphite for nuclear applications. Carbon. 2021. V. 173. P. 769-781. DOI:
1016/j.carbon.2020.11.062.
Dubey A., Dube C.L. Microwave processing of carbonbased materials: A review. Nano-Struct. Nano-Objects. 2024.
V. 38. 101136. DOI: 10.1016/j.nanoso.2024.101136.
Chandrasekaran S., Basak T., Srinivasan R. Microwave
heating characteristics of graphite based powder mixtures.
Int. J. Heat Mass Transf. 2013. Vol. 48. P. 22-27. DOI:
1016/j.icheatmasstransfer.2013.09.008.
Menéndez J. A., Arenillas A., Fidalgo B., Fernández
Y., Zubizarreta L., Calvo E. G., Bermúdez J. M. Microwave heating processes involving carbon materials.
Fuel Process. Technol. 2010. V. 91. N. 1. P. 1-8. DOI:
1016/j.fuproc.2009.08.021.
Menéndez J. A., Juárez-Pérez E. J., Ruisánchez E.,
Bermúdez J. M., Arenillas A. Ball lightning plasma and
plasma arc formation during the microwave heating of carbons. Carbon. 2011. Vol. 49. N. 1. P. 346-349. DOI:
1016/j.carbon.2010.09.010.
Mesroghli Sh., Yperman J., Jorjani E., Carleer R., Noaparast M. Evaluation of microwave treatment on coal
structure and sulfur species by reductive pyrolysis-mass
spectrometry method. Fuel Process. Technol. 2015. Vol.
P. 193-202. DOI: 10.1016/j.fuproc.2014.11.005
Li H., Feng Q., Ou L., Long S., Cui M., Weng X. Study on
washability of microcrystal graphite using float-sink tests.
Int. J. of Min. Sci. Tech. 2013. Vol. 23. N. 6. P. 855-861.
DOI: 10.1016/j.ijmst.2013.10.012
