Введение в твердые углеродные материалы

Твердый углерод: это тип углерода, который трудно графитировать даже при температуре выше 2500 градусов, названный в честь его высокой механической твердости. Форма твердого углерода может быть сферической, линейной или пористой. Прекурсоры твердого углерода обычно представляют собой термореактивные материалы, поэтому они обычно способны сохранять морфологию предшественника в процессе синтеза материала. После высокотемпературной карбонизации короткие листы графена (также известные как графитовые домены или псевдографит) в твердом углероде располагаются в ближнеупорядоченном порядке, образуя конечную стопку из 2–6 слоев длиной до 40 Å. .
Несколько предшественников твердой углеродной биомассы
1. Скорлупа кокоса
Скорлупа кокоса — это внутренняя оболочка кокоса с твердой текстурой, которая обычно используется при производстве сосудов, поделок и активированного угля. Твердый углерод на основе скорлупы кокосового ореха имеет хорошо развитую пористую структуру, низкую зольность и соотношение H/C к O/C, что делает его идеальным материалом для отрицательных электродов. В настоящее время прогресс в индустриализации находится на ранней стадии, и ее показатели хорошие. Основные районы производства кокосов — Шри-Ланка, Малайзия, Индия и Филиппины. Небольшое количество плантаций имеется в таких регионах, как Хайнань и Тайвань в Китае, при этом на провинцию Хайнань приходится более 99% внутренних посевных площадей. Кроме того, по сравнению с районами производства кокосов, такими как Филиппины и Индонезия, провинция Хайнань в Китае имеет более высокую широту, более слабое время и интенсивность солнечного света, более тонкую скорлупу кокосовых орехов, меньшую твердость и не является материалом для производства материалов для карбонизации скорлупы кокосовых орехов. Кокосовая скорлупа в Юго-Восточной Азии, как правило, производится предприятиями.
2. Крахмал
Крахмал — один из распространенных возобновляемых биоматериалов, широко присутствующий в различных растениях. Как типичный полисахарид, крахмал имеет простой состав, высокое содержание углерода и низкую цену. В то же время, по сравнению с другими предшественниками биомассы, крахмал имеет естественную сферическую форму, что делает его высококонкурентным исходным материалом для получения твердого углерода. Крахмал, как промышленный продукт, имеет достаточные запасы на внутреннем рынке и отличается высокой чистотой. Крахмал – это органический высокомолекулярный углевод высокой чистоты. Когда органические полимерные соединения используются в качестве источников твердого углерода, их можно комбинировать со специальными методами синтеза для получения твердых углеродных материалов с особой морфологией. Процесс синтеза часто сложен, но он позволяет избежать примесей и обеспечить структурную согласованность.
3. Бамбук Мосо
Бамбук Мосо — растение семейства Poaceae, принадлежащее к роду Corydalis. Он имеет форму толстого и быстрого стержня и может стабильно расти через 5-8 лет. Это экономически ценный вид бамбука, который широко используется в строительной отрасли, бумажной промышленности и других областях. Китай обладает богатыми ресурсами бамбукового леса. Китай является родиной бамбука и имеет его богатое производство. Результаты девятой национальной инвентаризации лесных ресурсов показывают, что площадь бамбуковых лесов в Китае составляет 6,4116 млн га, из которых бамбуковые леса составляют 72,96%. Бамбук Мосо в основном распространен в бассейне реки Циньлин Хань и южном регионе бассейна реки Янцзы в Китае.
4. Солома
Солома, как сельскохозяйственные отходы, богата ресурсами. Китай является крупной сельскохозяйственной страной, и высокоурожайные культуры, такие как пшеница, кукуруза и рис, ежегодно обеспечивают огромное количество ресурсов соломы из биомассы. В 2020 году внутреннее производство соломы составило 792 миллиона тонн, из которых 667 миллионов тонн можно было собрать в качестве ресурсов. Солома, как сельскохозяйственные отходы, уже давно используется в основном для получения энергии для отопления, корма для скота и органических удобрений. Из них использование удобрений в 2020 году составило 51,2%.