Úvod do tvrdých uhlíkových materiálů

Tvrdý uhlík: Jedná se o typ uhlíku, který se obtížně grafitizuje i při teplotách nad 2500 stupňů, pojmenovaný podle své vysoké mechanické tvrdosti. Forma tvrdého uhlíku může být sférická, lineární nebo porézní. Prekurzory tvrdého uhlíku jsou obecně termosetové materiály, takže jsou obvykle schopny zachovat morfologii prekurzoru během procesu syntézy materiálu. Po vysokoteplotní karbonizaci jsou krátké grafenové listy (také známé jako grafitové domény nebo pseudografit) v tvrdém uhlíku uspořádány uspořádaným způsobem s krátkým dosahem a tvoří konečnou vrstvu 2 až 6 vrstev o délce až 40 Å .
Několik prekurzorů tvrdé uhlíkové biomasy
1. Kokosová skořápka
Kokosová skořápka je vnitřní slupka kokosu s tvrdou strukturou a obecně se používá při výrobě nádob, ručních prací a aktivního uhlí. Tvrdý uhlík na bázi kokosových skořápek má dobře vyvinutou strukturu pórů, nízký obsah popela a poměr H/C ku O/C, což z něj dělá ideální materiál pro zápornou elektrodu. V současné době je jeho industrializace brzká a jeho výkonnost je dobrá. Hlavní oblasti produkce kokosových ořechů jsou Srí Lanka, Malajsie, Indie a Filipíny. Existuje malý počet plantáží v regionech, jako je Hainan a Tchaj-wan v Číně, přičemž provincie Hainan představuje více než 99 % domácí pěstební plochy. Navíc ve srovnání s oblastmi produkujícími kokos, jako jsou Filipíny a Indonésie, má provincie Hainan v Číně vyšší zeměpisnou šířku, slabší dobu a intenzitu slunečního svitu, tenčí kokosové skořápky, nižší tvrdost a není materiálem pro výrobu materiálů pro karbonizaci kokosových skořápek. Kokosové skořápky v jihovýchodní Asii obvykle vyrábějí podniky.
2. Škrob
Škrob je jedním z hojně se vyskytujících obnovitelných biomateriálů, široce přítomných v různých rostlinách. Jako typický polysacharid má škrob jednoduché složení, vysoký obsah uhlíku a nízkou cenu. Současně ve srovnání s jinými prekurzory biomasy vykazuje škrob přirozený kulovitý tvar, což z něj činí vysoce konkurenceschopný prekurzorový materiál pro přípravu tvrdého uhlíku. Škrob jako průmyslový produkt má dostatečné domácí zásoby a vysokou čistotu. Škrob je organický vysokomolekulární sacharid s vysokou čistotou. Když se organické polymerní sloučeniny používají jako zdroje tvrdého uhlíku, lze je kombinovat se specifickými metodami syntézy, aby se získaly tvrdé uhlíkové materiály se speciální morfologií. Proces syntézy je často složitý, ale může se vyhnout nečistotám a zajistit strukturální konzistenci.
3. Moso bambus
Bambus Moso je rostlina z čeledi Poaceae, patřící do rodu Corydalis. Má silný a rychlý tvar tyče a může stabilně růst po 5-8 letech. Je to ekonomicky cenný druh bambusu a je široce používán ve stavebnictví, papírenském průmyslu a dalších oborech. Čína má bohaté zdroje bambusových lesů. Čína je rodným městem bambusu a má bohatou produkci. Výsledky deváté národní inventarizace lesních zdrojů ukazují, že rozloha bambusových lesů v Číně je 6,4116 milionů hektarů, z čehož bambusové lesy tvoří 72,96 %. Bambus Moso je distribuován hlavně v povodí řeky Qinling Han a jižní oblasti povodí Yangtze v Číně.
4. Sláma
Sláma jako zemědělský odpad je bohatá na zdroje. Čína je významnou zemědělskou zemí a vysoce výnosné plodiny, jako je pšenice, kukuřice a rýže, poskytují každoročně obrovské množství zdrojů biomasy. V roce 2020 činila domácí produkce rostlinné slámy 792 milionů tun, z čehož 667 milionů tun bylo možné shromáždit jako zdroje. Sláma jako zemědělský odpad se dlouho používala hlavně k vytápění, krmivu pro hospodářská zvířata a organická hnojiva. Mezi nimi činilo využití hnojiv v roce 2020 51,2 %.