مسحوق الكربون الأسود الموصل سوبر بي، باعتباره مادة سوداء كربونية ذات موصلية ممتازة، يستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل البطاريات والمكثفات الفائقة والطلاءات الموصلة وما إلى ذلك. يتميز بدرجة عالية من الجرافيت وشكل فريد، مما يمكن أن يوفر موصلية عالية واستقرارًا كيميائيًا.
طرق التوليف
بودرة سوبر بيهو نوع خاص من المواد النانوية يُمكن تحضيره بطرق مُختلفة، منها استخلاص الفحم، والجرافيت، والترسيب الكيميائي للبخار. ومن بين هذه الطرق، يُعد استخلاص الفحم من أكثرها شيوعًا. من خلال عملية الجرافيت عالية الحرارة، تُحوّل المادة العضوية في الفحم إلى أسود الكربون، الذي يخضع بعد ذلك لسلسلة من المعالجات الفيزيائية والكيميائية للحصول على مسحوق سوبر بي ذو موصلية ممتازة.
الوظيفة الأساسية
في القطب الكهربائي (الموجب أو السالب) للبطارية، فإن الموصلية الإلكترونية للمادة الفعالة (مثل فوسفات الحديد الليثيوم ليثيوم فيبو 4، وأكسيد الكوبالت الليثيوم LiCoO2، والجرافيت، والكربون الصلب، وما إلى ذلك) في حد ذاتها ليست مثالية عادةً.
يمكن خلط كمية صغيرة (عادةً 1% -10% من الوزن الإجمالي للقطب الكهربي، وعادةً 3% -5%) من مسحوق ممتاز P مع المواد الفعالة والمواد الرابطة أن يؤدي إلى:
إنشاء مسارات توصيل إلكترونية فعالة بين جزيئات المادة الفعالة وبين الجزيئات ومجمعات التيار (مثل رقائق الألومنيوم ورقائق النحاس).
تقليل المقاومة الداخلية للقطب الكهربائي بشكل كبير.
تحسين معدل استخدام المواد الفعالة، وخاصة أثناء الشحن والتفريغ بتيار عالي.
تحسين معدل الأداء (قدرة الشحن والتفريغ السريع) وعمر دورة البطاريات.
الخصائص الهيكلية
تتجلى الخصائص البنيوية لمسحوق سوبر بي بشكل رئيسي في بنيته المجهرية وتركيبه الكيميائي. تحت المجهر الإلكتروني الماسح، يُظهر مسحوق سوبر بي توزيعًا متجانسًا للجسيمات، حيث تتراوح أحجام الجسيمات عادةً بين 10 و30 نانومترًا. يُظهر تحليل التركيب الكيميائي أن مسحوق سوبر بي يتكون بشكل رئيسي من عناصر الكربون، ولكنه يحتوي أيضًا على كمية معينة من الأكسجين والنيتروجين وعناصر الشوائب.
تطبيقات تخزين الطاقة
يتمتع مسحوق سوبر بي بآفاق استخدام واسعة في مجال تخزين الطاقة. وباعتباره مكونًا أساسيًا في بطاريات أيونات الليثيوم، يُمكن استخدامه كمادة قطب سالب، مما يوفر قنوات توصيل إلكتروني ومواقع نشطة لتفاعلات إدخال الليثيوم، مما يُحسّن كثافة الطاقة واستقرار دورة بطاريات أيونات الليثيوم. كما يُمكن استخدامه كمادة قطب للمكثفات الفائقة، لما يتميز به من كثافة طاقة عالية، وعمر دورة شحن طويل، وشحن وتفريغ سريعين.
تطبيقات الإلكترونيات
في مجال الإلكترونيات، يتمتع مسحوق سوبر بي بإمكانيات هائلة في مجال الإلكترونيات المرنة. بفضل موصليته العالية ومرونته، يُمكن استخدامه في تصنيع الأجهزة الإلكترونية المرنة، مثل شاشات العرض المرنة، والأجهزة القابلة للارتداء، والبطاريات القابلة للدحرجة. ستُحدث هذه التطبيقات تغييرًا جذريًا في شكل واستخدام الأجهزة الإلكترونية التقليدية، مما يوفر تجربة استخدام أكثر راحة وسهولة.
تعزيز الكفاءة
بالإضافة إلى تخزين الطاقة والإلكترونيات، يُستخدم مسحوق سوبر بي على نطاق واسع في تحضير المحفزات. إذ تُحسّن موصليته العالية ومساحته السطحية النوعية الكبيرة كفاءة التفاعل والنشاط التحفيزي. على سبيل المثال، من خلال دمج مسحوق سوبر بي مع محفزات المعادن النفيسة، يُمكن تحضير محفزات عالية الأداء لعمليات التحفيز الكهربائي مثل تفاعل اختزال الأكسجين (أور) وتفاعل اختزال الهيدروكسيد (ها).
