ఎలక్ట్రోడ్ పేస్ట్ మార్కెట్ వాటా, ధోరణి, వ్యాపార వ్యూహం మరియు 2027 వరకు అంచనా

గ్రాఫైట్‌ను కృత్రిమ గ్రాఫైట్ మరియు సహజ గ్రాఫైట్‌గా విభజిస్తారు, ప్రపంచంలో సహజ గ్రాఫైట్ యొక్క నిరూపిత నిల్వలు సుమారు 2 బిలియన్ టన్నులు.
సాధారణ పీడనం వద్ద కార్బన్ కలిగిన పదార్థాలను వియోగం చెందించి, ఉష్ణోపచారానికి గురిచేయడం ద్వారా కృత్రిమ గ్రాఫైట్‌ను పొందుతారు. ఈ పరివర్తనకు చోదక శక్తిగా తగినంత అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు శక్తి అవసరం, మరియు దీనివల్ల క్రమరహిత నిర్మాణం ఒక క్రమబద్ధమైన గ్రాఫైట్ స్ఫటిక నిర్మాణంగా రూపాంతరం చెందుతుంది.
విస్తృత అర్థంలో గ్రాఫైటైజేషన్ అంటే కార్బన్ పదార్థంలోని కార్బన్ అణువులను 2000 ℃ కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉష్ణోపచారానికి గురిచేసి పునఃఅమర్చడం. అయితే, కొన్ని కార్బన్ పదార్థాలు 3000 ℃ కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద గ్రాఫైటైజేషన్ చెందుతాయి; ఈ రకమైన కార్బన్ పదార్థాలను "గట్టి బొగ్గు" అని పిలుస్తారు. సులభంగా గ్రాఫైటైజ్ అయ్యే కార్బన్ పదార్థాల కోసం, సాంప్రదాయ గ్రాఫైటైజేషన్ పద్ధతులలో అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక పీడన పద్ధతి, ఉత్ప్రేరక గ్రాఫైటైజేషన్, రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ పద్ధతి మొదలైనవి ఉన్నాయి.

గ్రాఫిటైజేషన్ అనేది కార్బన్ కలిగిన పదార్థాల నుండి అధిక అదనపు విలువను రాబట్టడానికి ఒక సమర్థవంతమైన మార్గం. పండితులు జరిపిన విస్తృతమైన మరియు లోతైన పరిశోధనల తర్వాత, ఇది ఇప్పుడు ప్రాథమికంగా పరిపక్వ దశకు చేరుకుంది. అయినప్పటికీ, కొన్ని ప్రతికూల కారకాలు పరిశ్రమలో సాంప్రదాయ గ్రాఫిటైజేషన్ యొక్క అనువర్తనాన్ని పరిమితం చేస్తున్నాయి, కాబట్టి కొత్త గ్రాఫిటైజేషన్ పద్ధతులను అన్వేషించడం ఒక అనివార్యమైన పరిణామం.

19వ శతాబ్దం నుండి ద్రవ లవణ విద్యుద్విశ్లేషణ పద్ధతి ఒక శతాబ్దానికి పైగా అభివృద్ధి చెందింది, దాని ప్రాథమిక సిద్ధాంతం మరియు కొత్త పద్ధతులు నిరంతరం నూతన ఆవిష్కరణలు మరియు అభివృద్ధికి లోనవుతున్నాయి, ఇప్పుడు ఇది ఇకపై సాంప్రదాయ లోహ పరిశ్రమకు మాత్రమే పరిమితం కాలేదు, 21వ శతాబ్దం ప్రారంభంలో, ద్రవ లవణ వ్యవస్థలో ఘన ఆక్సైడ్ విద్యుద్విశ్లేషణ క్షయకరణం ద్వారా మూల లోహాల తయారీ అత్యంత చురుకైన దృష్టి కేంద్రంగా మారింది.
ఇటీవల, ద్రవ లవణ విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా గ్రాఫైట్ పదార్థాలను తయారుచేసే ఒక కొత్త పద్ధతి ఎంతో దృష్టిని ఆకర్షించింది.

కాథోడిక్ పోలరైజేషన్ మరియు ఎలక్ట్రోడిపోజిషన్ పద్ధతుల ద్వారా, కార్బన్ ముడి పదార్థాల రెండు విభిన్న రూపాలు అధిక అదనపు విలువ కలిగిన నానో-గ్రాఫైట్ పదార్థాలుగా రూపాంతరం చెందుతాయి. సాంప్రదాయ గ్రాఫైటైజేషన్ సాంకేతికతతో పోలిస్తే, ఈ కొత్త గ్రాఫైటైజేషన్ పద్ధతి తక్కువ గ్రాఫైటైజేషన్ ఉష్ణోగ్రత మరియు నియంత్రించదగిన స్వరూపం వంటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది.

ఈ పత్రం విద్యుత్ రసాయన పద్ధతి ద్వారా గ్రాఫైటైజేషన్ పురోగతిని సమీక్షిస్తుంది, ఈ కొత్త సాంకేతికతను పరిచయం చేస్తుంది, దాని ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలను విశ్లేషిస్తుంది మరియు దాని భవిష్యత్ అభివృద్ధి ధోరణిని అంచనా వేస్తుంది.

మొదట, కరిగిన ఉప్పు విద్యుద్విశ్లేషణ కాథోడ్ ధ్రువీకరణ పద్ధతి

1.1 ముడి పదార్థం
ప్రస్తుతం, కృత్రిమ గ్రాఫైట్ యొక్క ప్రధాన ముడి పదార్థం అధిక గ్రాఫైటైజేషన్ డిగ్రీ కలిగిన నీడిల్ కోక్ మరియు పిచ్ కోక్. అంటే, చమురు అవశేషాలు మరియు బొగ్గు తారును ముడి పదార్థంగా ఉపయోగించి తక్కువ పోరసిటీ, తక్కువ సల్ఫర్, తక్కువ బూడిద శాతం మరియు గ్రాఫైటైజేషన్ వంటి ప్రయోజనాలు కలిగిన అధిక-నాణ్యత కార్బన్ పదార్థాలను ఉత్పత్తి చేస్తారు. దీనిని గ్రాఫైట్‌గా తయారు చేసిన తర్వాత, అది మంచి తాకిడి నిరోధకత, అధిక యాంత్రిక బలం, తక్కువ రెసిస్టివిటీని కలిగి ఉంటుంది.
అయితే, పరిమిత చమురు నిల్వలు మరియు హెచ్చుతగ్గులకు లోనయ్యే చమురు ధరలు దాని అభివృద్ధిని పరిమితం చేశాయి, కాబట్టి కొత్త ముడి పదార్థాలను కనుగొనడం అనేది పరిష్కరించాల్సిన అత్యవసర సమస్యగా మారింది.
సాంప్రదాయ గ్రాఫైటైజేషన్ పద్ధతులకు పరిమితులు ఉన్నాయి, మరియు వివిధ గ్రాఫైటైజేషన్ పద్ధతులు వేర్వేరు ముడి పదార్థాలను ఉపయోగిస్తాయి. గ్రాఫైటైజ్ చేయని కార్బన్‌ను సాంప్రదాయ పద్ధతుల ద్వారా గ్రాఫైటైజ్ చేయడం చాలా కష్టం, అయితే ద్రవ లవణ విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క విద్యుత్ రసాయన సూత్రం ముడి పదార్థాల పరిమితిని అధిగమించి, దాదాపు అన్ని సాంప్రదాయ కార్బన్ పదార్థాలకు అనుకూలంగా ఉంటుంది.

సాంప్రదాయ కార్బన్ పదార్థాలలో కార్బన్ బ్లాక్, యాక్టివేటెడ్ కార్బన్, బొగ్గు మొదలైనవి ఉంటాయి, వీటిలో బొగ్గు అత్యంత ఆశాజనకమైనది. బొగ్గు ఆధారిత ఇంక్, బొగ్గును పూర్వగామిగా తీసుకుని, పూర్వ-చికిత్స తర్వాత అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద గ్రాఫైట్ ఉత్పత్తులుగా తయారు చేయబడుతుంది.
ఇటీవల, ఈ పత్రం పెంగ్ వంటి కొత్త విద్యుత్ రసాయన పద్ధతులను ప్రతిపాదిస్తోంది. ద్రవ లవణ విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా కార్బన్ బ్లాక్‌ను అధిక స్ఫటికాకార గ్రాఫైట్‌గా మార్చడం కష్టం. రేకుల ఆకారంలో ఉండే గ్రాఫైట్ నానోమీటర్ చిప్‌ల విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా, అధిక విశిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం కలిగిన ఈ చిప్‌లు లిథియం బ్యాటరీ క్యాథోడ్‌గా ఉపయోగించినప్పుడు, సహజ గ్రాఫైట్ కంటే అద్భుతమైన విద్యుత్ రసాయన పనితీరును కనబరిచాయి.
జూ మరియు అతని సహచరులు, బూడిద తొలగింపు ప్రక్రియ ద్వారా శుద్ధి చేసిన తక్కువ నాణ్యత గల బొగ్గును 950 ℃ వద్ద విద్యుద్విశ్లేషణ కోసం CaCl2 ద్రవ లవణ వ్యవస్థలో ఉంచి, ఆ తక్కువ నాణ్యత గల బొగ్గును అధిక స్ఫటికాకారత కలిగిన గ్రాఫైట్‌గా విజయవంతంగా మార్చారు. ఈ గ్రాఫైట్‌ను లిథియం అయాన్ బ్యాటరీకి యానోడ్‌గా ఉపయోగించినప్పుడు, అది మంచి రేట్ పనితీరును మరియు సుదీర్ఘ చక్ర జీవితాన్ని ప్రదర్శించింది.
ద్రవ లవణ విద్యుద్విశ్లేషణ పద్ధతి ద్వారా వివిధ రకాల సాంప్రదాయ కార్బన్ పదార్థాలను గ్రాఫైట్‌గా మార్చడం సాధ్యమేనని ఈ ప్రయోగం చూపిస్తుంది, ఇది భవిష్యత్ కృత్రిమ గ్రాఫైట్‌కు ఒక కొత్త మార్గాన్ని తెరుస్తుంది.
1.2 యొక్క యంత్రాంగం
ద్రవ లవణ విద్యుద్విశ్లేషణ పద్ధతి కార్బన్ పదార్థాన్ని కాథోడ్‌గా ఉపయోగించి, కాథోడిక్ పోలరైజేషన్ ద్వారా దానిని అధిక స్ఫటికాకారత గల గ్రాఫైట్‌గా మారుస్తుంది. ప్రస్తుతం ఉన్న సాహిత్యం, కాథోడిక్ పోలరైజేషన్ యొక్క సంభావ్య మార్పిడి ప్రక్రియలో ఆక్సిజన్ తొలగింపు మరియు కార్బన్ అణువుల సుదూర పునఃఅమరిక గురించి ప్రస్తావిస్తుంది.
కార్బన్ పదార్థాలలో ఆక్సిజన్ ఉండటం గ్రాఫైటైజేషన్‌కు కొంత మేరకు ఆటంకం కలిగిస్తుంది. సాంప్రదాయ గ్రాఫైటైజేషన్ ప్రక్రియలో, ఉష్ణోగ్రత 1600K కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు ఆక్సిజన్ నెమ్మదిగా తొలగించబడుతుంది. అయితే, కాథోడిక్ పోలరైజేషన్ ద్వారా డీఆక్సిడైజ్ చేయడం చాలా సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది.

పెంగ్ మొదలైనవారు తమ ప్రయోగాలలో మొదటిసారిగా ద్రవ లవణ విద్యుద్విశ్లేషణ కాథోడిక్ ధ్రువణ పొటెన్షియల్ యంత్రాంగాన్ని ప్రతిపాదించారు, అదేమిటంటే, గ్రాఫైటైజేషన్ ప్రారంభమయ్యే ప్రధాన ప్రదేశం ఘన కార్బన్ మైక్రోస్పియర్స్/ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద ఉంటుంది, మొదట దాదాపు సమాన వ్యాసం గల గ్రాఫైట్ పొర చుట్టూ కార్బన్ మైక్రోస్పియర్స్ ఏర్పడతాయి, ఆపై స్థిరంగా లేని నిర్జల కార్బన్ అణువులు మరింత స్థిరమైన బయటి గ్రాఫైట్ రేకులకు వ్యాపిస్తాయి, ఈ ప్రక్రియ పూర్తిగా గ్రాఫైటైజ్ అయ్యే వరకు కొనసాగుతుంది.
గ్రాఫైటైజేషన్ ప్రక్రియతో పాటు ఆక్సిజన్ కూడా తొలగించబడుతుంది, ఈ విషయం ప్రయోగాల ద్వారా కూడా నిర్ధారించబడింది.
జిన్ మరియు ఇతరులు కూడా ప్రయోగాల ద్వారా ఈ దృక్కోణాన్ని నిరూపించారు. గ్లూకోజ్‌ను కార్బనైజేషన్ చేసిన తర్వాత, గ్రాఫైటైజేషన్ (17% ఆక్సిజన్ కంటెంట్) నిర్వహించబడింది. గ్రాఫైటైజేషన్ తర్వాత, అసలైన ఘన కార్బన్ గోళాలు (Fig. 1a మరియు 1c) గ్రాఫైట్ నానోషీట్‌లతో కూడిన ఒక పోరస్ షెల్‌ను ఏర్పరిచాయి (Fig. 1b మరియు 1d).
సాహిత్యంలో ప్రతిపాదించబడిన మార్పిడి విధానం ప్రకారం, కార్బన్ ఫైబర్‌లను (16% ఆక్సిజన్) విద్యుద్విశ్లేషణ చేసి, గ్రాఫైటైజేషన్ తర్వాత వాటిని గ్రాఫైట్ ట్యూబ్‌లుగా మార్చవచ్చు.

సుదూర చలనం అనేది కార్బన్ అణువుల కాథోడిక్ ధ్రువీకరణ కింద అధిక స్ఫటికాకార గ్రాఫైట్ నుండి నిరాకార కార్బన్‌గా పునఃఅమరిక చెందే ప్రక్రియ అని నమ్ముతారు. సంశ్లేషిత గ్రాఫైట్ యొక్క ప్రత్యేకమైన రేకుల ఆకారపు నానో నిర్మాణాలు ఆక్సిజన్ అణువుల నుండి ప్రయోజనం పొందుతాయి, కానీ గ్రాఫైట్ నానోమీటర్ నిర్మాణాన్ని ఇది ప్రత్యేకంగా ఎలా ప్రభావితం చేస్తుందనేది స్పష్టంగా లేదు. ఉదాహరణకు, కార్బన్ అస్థిపంజరం నుండి ఆక్సిజన్, కాథోడ్ వద్ద చర్య జరిపిన తర్వాత ఎలా ఉంటుంది, మొదలైనవి.
ప్రస్తుతం, ఈ యంత్రాంగంపై పరిశోధన ఇంకా ప్రారంభ దశలోనే ఉంది మరియు మరింత పరిశోధన అవసరం.

1.3 కృత్రిమ గ్రాఫైట్ యొక్క స్వరూప లక్షణాల వర్గీకరణ
గ్రాఫైట్ యొక్క సూక్ష్మ ఉపరితల స్వరూపాన్ని పరిశీలించడానికి SEM ఉపయోగించబడుతుంది, 0.2 μm కంటే తక్కువ నిర్మాణ స్వరూపాన్ని పరిశీలించడానికి TEM ఉపయోగించబడుతుంది, గ్రాఫైట్ యొక్క సూక్ష్మ నిర్మాణాన్ని వర్గీకరించడానికి XRD మరియు రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ అత్యంత సాధారణంగా ఉపయోగించే సాధనాలు, గ్రాఫైట్ యొక్క స్ఫటిక సమాచారాన్ని వర్గీకరించడానికి XRD ఉపయోగించబడుతుంది, మరియు గ్రాఫైట్ యొక్క లోపాలు మరియు క్రమ స్థాయిని వర్గీకరించడానికి రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ ఉపయోగించబడుతుంది.

ద్రవ లవణ విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క కాథోడ్ ధ్రువీకరణ ద్వారా తయారు చేయబడిన గ్రాఫైట్‌లో అనేక రంధ్రాలు ఉంటాయి. కార్బన్ బ్లాక్ విద్యుద్విశ్లేషణ వంటి విభిన్న ముడి పదార్థాల కోసం, రేకుల వంటి రంధ్ర నానోనిర్మాణాలు లభిస్తాయి. విద్యుద్విశ్లేషణ తర్వాత కార్బన్ బ్లాక్‌పై XRD మరియు రామన్ స్పెక్ట్రం విశ్లేషణలు నిర్వహించబడతాయి.
827 ℃ వద్ద, 2.6V వోల్టేజ్‌తో 1 గంట పాటు చర్య జరిపిన తర్వాత, కార్బన్ బ్లాక్ యొక్క రామన్ స్పెక్ట్రల్ చిత్రం వాణిజ్య గ్రాఫైట్ మాదిరిగానే ఉంటుంది. కార్బన్ బ్లాక్‌ను వివిధ ఉష్ణోగ్రతలతో చర్య జరిపిన తర్వాత, పదునైన గ్రాఫైట్ లక్షణ శిఖరం (002) కొలవబడింది. వివర్తన శిఖరం (002) గ్రాఫైట్‌లోని ఆరోమాటిక్ కార్బన్ పొర యొక్క దిశానిర్దేశం యొక్క స్థాయిని సూచిస్తుంది.
కార్బన్ పొర ఎంత పదునుగా ఉంటే, అది అంత ఎక్కువగా అమరి ఉంటుంది.

జూ ప్రయోగంలో శుద్ధి చేసిన నాసిరకం బొగ్గును కాథోడ్‌గా ఉపయోగించగా, గ్రాఫైటైజ్డ్ ఉత్పత్తి యొక్క సూక్ష్మ నిర్మాణం రేణువుల నుండి పెద్ద గ్రాఫైట్ నిర్మాణంగా రూపాంతరం చెందింది మరియు అధిక రేటు ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ కింద గట్టి గ్రాఫైట్ పొర కూడా గమనించబడింది.
రామన్ స్పెక్ట్రాలో, ప్రయోగాత్మక పరిస్థితులు మారడంతో, ID/Ig విలువ కూడా మారింది. విద్యుద్విశ్లేషణ ఉష్ణోగ్రత 950 ℃, విద్యుద్విశ్లేషణ సమయం 6 గంటలు, మరియు విద్యుద్విశ్లేషణ వోల్టేజ్ 2.6 V ఉన్నప్పుడు, అత్యల్ప ID/Ig విలువ 0.3గా నమోదైంది, మరియు D శిఖరం G శిఖరం కంటే చాలా తక్కువగా ఉంది. అదే సమయంలో, 2D శిఖరం కనిపించడం అనేది అత్యంత క్రమబద్ధమైన గ్రాఫైట్ నిర్మాణం ఏర్పడటాన్ని కూడా సూచించింది.
XRD చిత్రంలోని పదునైన (002) వివర్తన శిఖరం, నాణ్యత తక్కువ ఉన్న బొగ్గును అధిక స్ఫటికాకారత గల గ్రాఫైట్‌గా విజయవంతంగా మార్చడాన్ని కూడా ధృవీకరిస్తుంది.

గ్రాఫైటైజేషన్ ప్రక్రియలో, ఉష్ణోగ్రత మరియు వోల్టేజ్ పెరుగుదల ప్రోత్సాహకరమైన పాత్ర పోషిస్తాయి, కానీ అధిక వోల్టేజ్ గ్రాఫైట్ దిగుబడిని తగ్గిస్తుంది, మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత లేదా ఎక్కువ గ్రాఫైటైజేషన్ సమయం వనరుల వృధాకు దారితీస్తుంది, కాబట్టి వివిధ కార్బన్ పదార్థాల కోసం, అత్యంత అనువైన విద్యుద్విశ్లేషణ పరిస్థితులను అన్వేషించడం చాలా ముఖ్యం, ఇది ఒక ప్రధానమైన మరియు క్లిష్టమైన అంశం కూడా.
ఈ రేకుల వంటి పొర నానో నిర్మాణం అద్భుతమైన విద్యుత్ రసాయన ధర్మాలను కలిగి ఉంది. అధిక సంఖ్యలో ఉండే రంధ్రాలు అయాన్‌లను వేగంగా చొప్పించడానికి/బయటకు తీయడానికి వీలు కల్పిస్తాయి, తద్వారా బ్యాటరీలు మొదలైన వాటికి అధిక నాణ్యత గల కాథోడ్ పదార్థాలను అందిస్తాయి. అందువల్ల, విద్యుత్ రసాయన పద్ధతి అయిన గ్రాఫైటైజేషన్ చాలా శక్తివంతమైన గ్రాఫైటైజేషన్ పద్ధతి.

ద్రవ లవణ ఎలక్ట్రోడిపోజిషన్ పద్ధతి

2.1 కార్బన్ డయాక్సైడ్ యొక్క ఎలక్ట్రోడిపోజిషన్
అత్యంత ముఖ్యమైన గ్రీన్‌హౌస్ వాయువు అయిన CO2, విషరహితమైన, హానిరహితమైన, చవకైన మరియు సులభంగా లభించే పునరుత్పాదక వనరు కూడా. అయితే, CO2లోని కార్బన్ అత్యధిక ఆక్సీకరణ స్థితిలో ఉండటం వల్ల, దానికి అధిక ఉష్ణగతిక స్థిరత్వం ఉంటుంది, దీనివల్ల దానిని తిరిగి ఉపయోగించడం కష్టమవుతుంది.
CO2 ఎలక్ట్రోడిపోజిషన్‌పై తొలి పరిశోధన 1960వ దశకం నాటిదిగా గుర్తించవచ్చు. ఇంగ్రామ్ మరియు అతని సహచరులు Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 ద్రవ లవణ వ్యవస్థలో బంగారు ఎలక్ట్రోడ్‌పై కార్బన్‌ను విజయవంతంగా తయారు చేశారు.

వివిధ రిడక్షన్ పొటెన్షియల్స్ వద్ద పొందిన కార్బన్ పౌడర్‌లు గ్రాఫైట్, అమార్ఫస్ కార్బన్ మరియు కార్బన్ నానోఫైబర్‌లతో సహా విభిన్న నిర్మాణాలను కలిగి ఉన్నాయని వాన్ మరియు ఇతరులు సూచించారు.
ద్రవ లవణం ద్వారా CO2 ను సంగ్రహించడం మరియు కార్బన్ పదార్థాన్ని తయారుచేసే పద్ధతి విజయవంతం కావడంతో, సుదీర్ఘకాలం పాటు జరిగిన పరిశోధనల తర్వాత, పండితులు కార్బన్ నిక్షేపణ ఏర్పడే విధానంపై మరియు తుది ఉత్పత్తిపై విద్యుద్విశ్లేషణ పరిస్థితుల ప్రభావంపై దృష్టి సారించారు. ఈ పరిస్థితులలో విద్యుద్విశ్లేషణ ఉష్ణోగ్రత, విద్యుద్విశ్లేషణ వోల్టేజ్, ద్రవ లవణం మరియు ఎలక్ట్రోడ్‌ల కూర్పు మొదలైనవి ఉన్నాయి. తద్వారా, CO2 విద్యుద్విశ్లేషణ కోసం అధిక పనితీరు గల గ్రాఫైట్ పదార్థాల తయారీకి ఒక పటిష్టమైన పునాది వేయబడింది.

విద్యుద్విశ్లేషణ ఉష్ణోగ్రత, ఎలక్ట్రోడ్ కూర్పు మరియు ద్రవ లవణ కూర్పు వంటి విద్యుద్విశ్లేషణ పరిస్థితులను అధ్యయనం చేయడం ద్వారా, హు మరియు అతని సహచరులు ఎలక్ట్రోలైట్‌ను మార్చి, అధిక CO2 సంగ్రహణ సామర్థ్యం గల CaCl2-ఆధారిత ద్రవ లవణ వ్యవస్థను ఉపయోగించి, అధిక గ్రాఫైటైజేషన్ డిగ్రీ గల గ్రాఫేన్, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు మరియు ఇతర నానోగ్రాఫైట్ నిర్మాణాలను విజయవంతంగా తయారు చేశారు.
కార్బోనేట్ వ్యవస్థతో పోలిస్తే, CaCl2 చౌకగా మరియు సులభంగా లభించడం, అధిక వాహకత్వం, నీటిలో సులభంగా కరగడం మరియు ఆక్సిజన్ అయాన్ల అధిక ద్రావణీయత వంటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. ఇవి, అధిక అదనపు విలువ కలిగిన గ్రాఫైట్ ఉత్పత్తులుగా CO2 ను మార్చడానికి సైద్ధాంతిక పరిస్థితులను కల్పిస్తాయి.

2.2 పరివర్తన యంత్రాంగం
ద్రవ లవణం నుండి CO2 యొక్క ఎలక్ట్రోడిపోజిషన్ ద్వారా అధిక విలువ-జోడించిన కార్బన్ పదార్థాల తయారీలో ప్రధానంగా CO2 సంగ్రహణ మరియు పరోక్ష తగ్గింపు ఉంటాయి. సమీకరణం (1) లో చూపిన విధంగా, ద్రవ లవణంలోని స్వేచ్ఛా O2- ద్వారా CO2 సంగ్రహణ పూర్తవుతుంది:
CO2+O2-→CO3 2- (1)
ప్రస్తుతం, మూడు పరోక్ష క్షయకరణ చర్య విధానాలు ప్రతిపాదించబడ్డాయి: ఒక-దశ చర్య, రెండు-దశల చర్య మరియు లోహ క్షయకరణ చర్య విధానం.
ఒక-దశ ప్రతిచర్య విధానాన్ని మొదట ఇంగ్రామ్ ప్రతిపాదించారు, ఇది సమీకరణం (2) లో చూపబడింది:
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
సమీకరణం (3-4)లో చూపిన విధంగా, బోరుకా మరియు ఇతరులు రెండు-దశల ప్రతిచర్య విధానాన్ని ప్రతిపాదించారు:
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
లోహ క్షయకరణ చర్య యొక్క యంత్రాంగాన్ని డీన్‌హార్డ్ట్ మరియు ఇతరులు ప్రతిపాదించారు. సమీకరణం (5~6)లో చూపిన విధంగా, లోహ అయాన్లు మొదట కాథోడ్‌లో లోహంగా క్షయకరణం చెందుతాయని, ఆపై లోహం కార్బోనేట్ అయాన్లుగా క్షయకరణం చెందుతుందని వారు విశ్వసించారు:
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)

ప్రస్తుతం, ఉన్న సాహిత్యంలో ఒక-దశ చర్య విధానం సాధారణంగా ఆమోదించబడింది.
యిన్ మరియు ఇతరులు కాథోడ్‌గా నికెల్, ఆనోడ్‌గా టిన్ డయాక్సైడ్ మరియు రిఫరెన్స్ ఎలక్ట్రోడ్‌గా సిల్వర్ వైర్‌తో కూడిన Li-Na-K కార్బోనేట్ వ్యవస్థను అధ్యయనం చేసి, నికెల్ కాథోడ్ వద్ద పటం 2లోని సైక్లిక్ వోల్టామెట్రీ పరీక్ష పటాన్ని (స్కానింగ్ రేటు 100 mV/s) పొందారు మరియు నెగటివ్ స్కానింగ్‌లో కేవలం ఒకే ఒక రిడక్షన్ పీక్ (-2.0V వద్ద) ఉందని కనుగొన్నారు.
అందువల్ల, కార్బోనేట్ క్షయకరణ సమయంలో ఒకే ఒక చర్య జరిగిందని నిర్ధారించవచ్చు.

గావో మరియు అతని సహచరులు అదే కార్బోనేట్ వ్యవస్థలో అదే సైక్లిక్ వోల్టామెట్రీని పొందారు.
గీ మరియు అతని సహచరులు LiCl-Li2CO3 వ్యవస్థలో CO2 ను సంగ్రహించడానికి జడ యానోడ్ మరియు టంగ్‌స్టన్ కాథోడ్‌ను ఉపయోగించి సారూప్య చిత్రాలను పొందారు, మరియు నెగటివ్ స్కానింగ్‌లో కార్బన్ నిక్షేపణ యొక్క క్షయకరణ శిఖరం మాత్రమే కనిపించింది.
క్షార లోహ ద్రవ లవణ వ్యవస్థలో, కాథోడ్ ద్వారా కార్బన్ నిక్షేపించబడుతున్నప్పుడు క్షార లోహాలు మరియు CO ఉత్పత్తి అవుతాయి. అయితే, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద కార్బన్ నిక్షేపణ చర్య యొక్క ఉష్ణగతిక పరిస్థితులు తక్కువగా ఉండటం వలన, ప్రయోగంలో కార్బోనేట్ కార్బన్‌గా క్షయకరణం చెందడాన్ని మాత్రమే గుర్తించవచ్చు.

2.3 గ్రాఫైట్ ఉత్పత్తులను తయారు చేయడానికి కరిగిన ఉప్పు ద్వారా CO2 సంగ్రహణ
ప్రయోగాత్మక పరిస్థితులను నియంత్రించడం ద్వారా ద్రవ లవణం నుండి CO2 యొక్క ఎలక్ట్రోడిపోజిషన్ ద్వారా గ్రాఫేన్ మరియు కార్బన్ నానోట్యూబ్‌ల వంటి అధిక విలువ జోడించిన గ్రాఫైట్ నానోమెటీరియల్స్‌ను తయారు చేయవచ్చు. హు మరియు అతని సహచరులు CaCl2-NaCl-CaO ద్రవ లవణ వ్యవస్థలో స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్‌ను కాథోడ్‌గా ఉపయోగించి, వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద 2.6V స్థిర వోల్టేజ్ పరిస్థితులలో 4 గంటల పాటు విద్యుద్విశ్లేషణ చేశారు.
ఇనుము యొక్క ఉత్ప్రేరక చర్య మరియు గ్రాఫైట్ పొరల మధ్య CO యొక్క విస్ఫోటన ప్రభావం కారణంగా, కాథోడ్ ఉపరితలంపై గ్రాఫేన్ కనుగొనబడింది. గ్రాఫేన్ తయారీ ప్రక్రియ పటం 3లో చూపబడింది.
చిత్రం
తరువాతి అధ్యయనాలలో CaCl2-NaClCaO ద్రవ లవణ వ్యవస్థ ఆధారంగా Li2SO4 ను జోడించారు, విద్యుద్విశ్లేషణ ఉష్ణోగ్రత 625 ℃ వద్ద, 4 గంటల విద్యుద్విశ్లేషణ తర్వాత, అదే సమయంలో కార్బన్ యొక్క కాథోడిక్ నిక్షేపణలో గ్రాఫేన్ మరియు కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు కనుగొనబడ్డాయి, ఈ అధ్యయనంలో Li+ మరియు SO4 2- లు గ్రాఫైటైజేషన్‌పై సానుకూల ప్రభావాన్ని చూపుతాయని కనుగొనబడింది.
విద్యుద్విశ్లేషణ పరిస్థితులను నియంత్రించడం ద్వారా, సల్ఫర్‌ను కార్బన్ నిర్మాణంలోకి విజయవంతంగా అనుసంధానించి, అతి పలుచని గ్రాఫైట్ పలకలను మరియు తంతువుల వంటి కార్బన్‌ను పొందవచ్చు.

గ్రాఫేన్ ఏర్పడటానికి అధిక మరియు తక్కువ విద్యుద్విశ్లేషణ ఉష్ణోగ్రత వంటి అంశాలు చాలా కీలకం. ఉష్ణోగ్రత 800 ℃ కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు కార్బన్‌కు బదులుగా CO సులభంగా ఉత్పత్తి అవుతుంది, 950 ℃ కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు దాదాపు కార్బన్ నిక్షేపణ జరగదు. అందువల్ల, గ్రాఫేన్ మరియు కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ అత్యంత ముఖ్యం. అలాగే, కాథోడ్ స్థిరమైన గ్రాఫేన్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుందని నిర్ధారించుకోవడానికి, అవసరమైన కార్బన్ నిక్షేపణ చర్య మరియు CO చర్యల మధ్య సమన్వయాన్ని పునరుద్ధరించాలి.
ఈ పరిశోధనలు CO2 ద్వారా నానో-గ్రాఫైట్ ఉత్పత్తుల తయారీకి ఒక కొత్త పద్ధతిని అందిస్తున్నాయి, ఇది గ్రీన్‌హౌస్ వాయువుల పరిష్కారానికి మరియు గ్రాఫేన్ తయారీకి ఎంతో ప్రాముఖ్యతను కలిగి ఉంది.

3. సారాంశం మరియు దృక్పథం
నూతన ఇంధన పరిశ్రమ వేగంగా అభివృద్ధి చెందడంతో, సహజ గ్రాఫైట్ ప్రస్తుత డిమాండ్‌ను తీర్చలేకపోతోంది, మరియు కృత్రిమ గ్రాఫైట్ సహజ గ్రాఫైట్ కంటే మెరుగైన భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలను కలిగి ఉంది, కాబట్టి చవకైన, సమర్థవంతమైన మరియు పర్యావరణ అనుకూలమైన గ్రాఫైటైజేషన్ ఒక దీర్ఘకాలిక లక్ష్యం.
కాథోడిక్ పోలరైజేషన్ మరియు ఎలక్ట్రోకెమికల్ డిపాజిషన్ పద్ధతితో ఘన మరియు వాయు ముడి పదార్థాలలో ఎలక్ట్రోకెమికల్ పద్ధతుల ద్వారా గ్రాఫైటైజేషన్ చేసి, అధిక అదనపు విలువ కలిగిన గ్రాఫైట్ పదార్థాలను విజయవంతంగా తయారుచేశారు. సాంప్రదాయ గ్రాఫైటైజేషన్ పద్ధతితో పోలిస్తే, ఎలక్ట్రోకెమికల్ పద్ధతి అధిక సామర్థ్యం, ​​తక్కువ శక్తి వినియోగం, హరిత పర్యావరణ పరిరక్షణ వంటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. అదే సమయంలో, పరిమిత సంఖ్యలో ఎంపిక చేసిన పదార్థాలతో, విభిన్న ఎలక్ట్రోలైసిస్ పరిస్థితులకు అనుగుణంగా గ్రాఫైట్ నిర్మాణం యొక్క విభిన్న స్వరూపాలను తయారు చేయవచ్చు.
ఇది అన్ని రకాల నిరాకార కార్బన్ మరియు గ్రీన్‌హౌస్ వాయువులను విలువైన నానో-నిర్మిత గ్రాఫైట్ పదార్థాలుగా మార్చడానికి ఒక సమర్థవంతమైన మార్గాన్ని అందిస్తుంది మరియు మంచి అనువర్తన అవకాశాన్ని కలిగి ఉంది.
ప్రస్తుతం, ఈ సాంకేతికత శైశవ దశలో ఉంది. విద్యుత్ రసాయన పద్ధతి ద్వారా గ్రాఫైటైజేషన్‌పై కొన్ని అధ్యయనాలు మాత్రమే జరిగాయి, మరియు ఇంకా తెలియని ప్రక్రియలు చాలా ఉన్నాయి. అందువల్ల, ముడి పదార్థాల నుండి ప్రారంభించి, వివిధ నిరాకార కార్బన్‌లపై సమగ్రమైన మరియు క్రమబద్ధమైన అధ్యయనం నిర్వహించడం, అదే సమయంలో గ్రాఫైట్ మార్పిడి యొక్క ఉష్ణగతి శాస్త్రం మరియు గతిశాస్త్రాన్ని మరింత లోతుగా అన్వేషించడం అవసరం.
గ్రాఫైట్ పరిశ్రమ భవిష్యత్ అభివృద్ధికి ఇవి సుదూర ప్రాముఖ్యతను కలిగి ఉన్నాయి.