Published June 27, 2024
| Version v1
Publication
Purification of Spherical Graphite as Anode for Li-Ion Battery: A Comparative Study on the Purifying Approaches
Creators
- 1. Hanoi University of Science and Technology
- 2. Kyonggi University
Description
Graphite is a versatile material used in various fields, particularly in the power source manufacturing industry. Nowadays, graphite holds a unique position in materials for anode electrodes in lithium-ion batteries. With a carbon content of over 99% being a requirement for graphite to serve as an electrode material, the graphite refinement process plays a pivotal role in the research and development of anode materials for lithium-ion batteries. This study used three different processes to purify spherical graphite through wet chemical methods. The spherical graphite after the purification processes was analysed for carbon content by using energy-dispersive X-ray (EDX) spectroscopy and was evaluated for structural and morphological characteristics through X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and Brunauer–Emmett–Teller (BET) analyses. The analyses results indicate that the three-step process via H2SO4–NaOH–HCl cleaning can elevate the carbon content from 90% to above 99.9% while still maintaining the graphite structure and spherical morphology, thus enhancing the surface area of the material for anode application. Furthermore, the spherical graphite was studied for electrochemical properties when used as an anode for Li-ion batteries using cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge–discharge (GCD) measurements. The results demonstrated that the purification process significantly improves the material's capacity with a specific capacity of 350 mAh/g compared to the 280 mAh/g capacity of the anode made of spherical graphite without purification.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الجرافيت هو مادة متعددة الاستخدامات تستخدم في مختلف المجالات، لا سيما في صناعة تصنيع مصادر الطاقة. في الوقت الحاضر، يحتل الجرافيت مكانة فريدة في مواد أقطاب الأنود في بطاريات الليثيوم أيون. مع وجود محتوى كربوني يزيد عن 99 ٪ كشرط للجرافيت ليكون بمثابة مادة قطب كهربائي، تلعب عملية صقل الجرافيت دورًا محوريًا في البحث والتطوير لمواد الأنود لبطاريات الليثيوم أيون. استخدمت هذه الدراسة ثلاث عمليات مختلفة لتنقية الجرافيت الكروي من خلال الطرق الكيميائية الرطبة. تم تحليل الجرافيت الكروي بعد عمليات التنقية لمحتوى الكربون باستخدام التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) وتم تقييمه للخصائص الهيكلية والمورفولوجية من خلال حيود الأشعة السينية (XRD)، والمسح المجهري الإلكتروني (SEM)، وتحليلات بروناور- إيميت- تيلر (BET). تشير نتائج التحليلات إلى أن العملية المكونة من ثلاث خطوات عبر تنظيف H2SO4 - NaOH - HCl يمكن أن ترفع محتوى الكربون من 90 ٪ إلى أعلى من 99.9 ٪ مع الحفاظ على بنية الجرافيت والمورفولوجيا الكروية، وبالتالي تعزيز مساحة سطح المادة لتطبيق الأنود. علاوة على ذلك، تمت دراسة الجرافيت الكروي للخصائص الكهروكيميائية عند استخدامه كقطب موجب لبطاريات الليثيوم أيون باستخدام قياسات الفولتية الدورية (CV) وقياسات الشحن والتفريغ الجلفانوستاتيكي (GCD). أظهرت النتائج أن عملية التنقية تحسن بشكل كبير من قدرة المادة بسعة محددة تبلغ 350 مللي أمبير/جم مقارنة بسعة 280 مللي أمبير/جم من الأنود المصنوع من الجرافيت الكروي دون تنقية.Translated Description (French)
Le graphite est un matériau polyvalent utilisé dans divers domaines, en particulier dans l'industrie de la fabrication de sources d'énergie. De nos jours, le graphite occupe une position unique dans les matériaux pour les électrodes d'anode dans les batteries lithium-ion. Avec une teneur en carbone de plus de 99 % requise pour que le graphite serve de matériau d'électrode, le processus de raffinement du graphite joue un rôle central dans la recherche et le développement de matériaux d'anode pour les batteries lithium-ion. Cette étude a utilisé trois processus différents pour purifier le graphite sphérique par des méthodes chimiques humides. Le graphite sphérique après les processus de purification a été analysé pour la teneur en carbone en utilisant la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX) et a été évalué pour ses caractéristiques structurelles et morphologiques par diffraction des rayons X (DRX), microscopie électronique à balayage (MEB) et analyses Brunauer–Emmett–Teller (BET). Les résultats des analyses indiquent que le processus en trois étapes via le nettoyage H2SO4-NaOH-HCl peut élever la teneur en carbone de 90% à plus de 99,9% tout en maintenant la structure en graphite et la morphologie sphérique, améliorant ainsi la surface du matériau pour l'application de l'anode. En outre, le graphite sphérique a été étudié pour ses propriétés électrochimiques lorsqu'il est utilisé comme anode pour les batteries Li-ion en utilisant la voltammétrie cyclique (CV) et les mesures de charge-décharge galvanostatique (GCD). Les résultats ont démontré que le procédé de purification améliore significativement la capacité du matériau avec une capacité spécifique de 350 mAh/g par rapport à la capacité de 280 mAh/g de l'anode en graphite sphérique sans purification.Translated Description (Spanish)
El grafito es un material versátil utilizado en diversos campos, particularmente en la industria de fabricación de fuentes de energía. Hoy en día, el grafito ocupa una posición única en los materiales para electrodos de ánodo en baterías de iones de litio. Con un contenido de carbono de más del 99% como requisito para que el grafito sirva como material de electrodo, el proceso de refinamiento del grafito desempeña un papel fundamental en la investigación y el desarrollo de materiales de ánodo para baterías de iones de litio. Este estudio utilizó tres procesos diferentes para purificar el grafito esférico a través de métodos químicos húmedos. El grafito esférico después de los procesos de purificación se analizó para determinar el contenido de carbono mediante el uso de espectroscopía de rayos X dispersivos de energía (edX) y se evaluó para determinar las características estructurales y morfológicas a través de difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y análisis Brunauer–Emmett–Teller (BET). Los resultados del análisis indican que el proceso de tres pasos a través de la limpieza con H2SO4-NaOH-HCl puede elevar el contenido de carbono del 90% a más del 99.9% mientras se mantiene la estructura de grafito y la morfología esférica, mejorando así el área de superficie del material para la aplicación del ánodo. Además, se estudiaron las propiedades electroquímicas del grafito esférico cuando se utiliza como ánodo para baterías de iones de litio utilizando voltametría cíclica (CV) y mediciones de carga-descarga galvanostática (GCD). Los resultados demostraron que el proceso de purificación mejora significativamente la capacidad del material con una capacidad específica de 350 mAh/g en comparación con la capacidad de 280 mAh/g del ánodo hecho de grafito esférico sin purificación.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تنقية الجرافيت الكروي كأنود لبطارية ليثيوم أيون: دراسة مقارنة حول مناهج التنقية
- Translated title (French)
- Purification du graphite sphérique comme anode pour batterie Li-Ion : une étude comparative sur les approches purifiantes
- Translated title (Spanish)
- Purificación de grafito esférico como ánodo para batería de iones de litio: un estudio comparativo sobre los enfoques de purificación
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4400079393
- DOI
- 10.3390/mi15070827
References
- https://openalex.org/W1844345070
- https://openalex.org/W1979740717
- https://openalex.org/W1985287944
- https://openalex.org/W1991621931
- https://openalex.org/W1996000861
- https://openalex.org/W2000936036
- https://openalex.org/W2017620965
- https://openalex.org/W2034431323
- https://openalex.org/W2081029776
- https://openalex.org/W2081338384
- https://openalex.org/W2085732417
- https://openalex.org/W2234620627
- https://openalex.org/W2286350537
- https://openalex.org/W2460924711
- https://openalex.org/W2763565622
- https://openalex.org/W2766439978
- https://openalex.org/W2777565106
- https://openalex.org/W2891954452
- https://openalex.org/W2935879067
- https://openalex.org/W2955230991
- https://openalex.org/W3034833513
- https://openalex.org/W3041742468
- https://openalex.org/W3213560521
- https://openalex.org/W4211258620
- https://openalex.org/W4230343934
- https://openalex.org/W4283376613
- https://openalex.org/W4308924263