Molinos de bolas para nuevos materiales: baterías de litio, tierras raras, catálisis, fotovoltaica y protección del medio ambiente

Desde su invención hace más de un siglo, el molino de bolas Se ha utilizado ampliamente en diversas industrias, como la química, la minería, los materiales de construcción, la energía, la farmacéutica y la defensa. La molienda de bolas es especialmente valiosa en el procesamiento de minerales complejos. Los investigadores también la utilizan para la modificación y activación de la superficie del polvo. El método facilita la síntesis funcional de polvos y la aleación mecánica. Desempeña un papel clave en la preparación de polvos ultrafinos. La molienda mecánica de bolas tiene un amplio potencial de investigación y aplicación en estos campos. Ahora... molinos de bolas Han ingresado a los nuevos materiales para baterías de litio, tierras raras, catálisis, energía fotovoltaica y campos de protección ambiental con su estructura simple, operación continua y fuerte adaptabilidad.

Ventajas y desventajas del molino de bolas

El molino de bolas tiene una estructura simple y opera de forma continua. Es altamente adaptable y ofrece un rendimiento estable, ideal para uso a gran escala y fácil de automatizar. La relación de trituración varía de 3 a 100 µm. Puede procesar diversas materias primas minerales. Los usuarios pueden aplicar métodos de molienda húmedos y secos.

Es sabido que los molinos de bolas consumen mucha energía. La eficiencia de conversión de energía en superficie de polvo es baja. El sistema desperdicia la mayor parte de la energía en lugar de utilizarla para reducir el tamaño de las partículas. Además, la capacidad de producción de los molinos de bolas afecta la eficiencia general del proceso. Por lo tanto, optimizar el proceso de molienda es esencial. Reducir el consumo de energía y mejorar la eficiencia es necesario. Esto mejorará la molienda de la materia prima y aumentará el rendimiento del producto final.

Avances en la investigación de la molienda mecánica de bolas en el campo de los nuevos materiales

Materiales de las baterías de litio

Usando molinos de bolas Para nuevos materiales (baterías de litio), el hidróxido compuesto precursor de níquel-cobalto-manganeso Ni0,5Co0,2Mn0,39(OH)₂ se mezcló uniformemente con carbonato de litio. Posteriormente, la mezcla se calcinó a alta temperatura para sintetizar LiNi0,5Co0,2Mn0,3O₂ de forma irregular. La caracterización mostró que el material tiene una estructura de NaFeO₂ y un pH de 11,18. La capacidad de descarga del primer ciclo fue de 167,5 mAh/g (a una densidad de corriente de 30 mA/g, 2,5-4,3 V). La eficiencia coulombiana fue de 88,91 TP₃T. Estos resultados sugieren que el LiNi0,5Co0,2Mn0,3O₂ sintetizado mediante molienda de bolas tiene un pH bajo y una alta capacidad de descarga.

El SiOx se sintetizó mediante molienda mecánica de bolas en atmósfera de aire. Los investigadores lo utilizaron como material anódico para baterías de iones de litio. La capacidad volumétrica del SiOx alcanza los 1487 mAh/cc, más del doble que la del grafito. Su primera eficiencia coulombiana es superior a la del SiO sin tratar, alcanzando hasta 66,81 TP₃T. Además, el SiOx muestra una excelente estabilidad cíclica. A una densidad de corriente de 200 mA/g, la capacidad se mantiene estable en torno a los 1300 mAh/g después de 50 ciclos. Por lo tanto, estos resultados sugieren el potencial práctico del SiOx preparado mediante este método.

El compuesto de molienda de bolas mecánica de alta energía, compuesto de grafito artificial de biomasa y silicio, puede mejorar eficazmente la microestructura y el rendimiento electroquímico de los materiales de ánodo de silicio. El electrodo compuesto mantiene una capacidad de descarga de 995 mAh/g tras 100 ciclos con una corriente de descarga de 1 A/g, mostrando un buen rendimiento.

materiales de tierras raras

En el polvo de pulido de tierras raras, la molienda mecánica de bolas aumenta la fuerza de corte durante las reacciones químicas. Esto acelera la difusión de partículas, refinando reactivos y productos. Evita la introducción de disolventes, reduciendo el proceso de precipitación. Esto disminuye el impacto de las condiciones de preparación, ampliando considerablemente el alcance de la investigación de materiales de pulido. Para materiales catalíticos de tierras raras, los molinos de bolas mecánicos ofrecen un proceso simple y condiciones suaves.
Permite el procesamiento de materiales a gran escala y, al mismo tiempo, evita el uso excesivo de disolventes, lo que previene la contaminación tóxica. Además, en imanes permanentes de tierras raras de alto rendimiento, la molienda mecánica de bolas reduce la temperatura de síntesis y mejora la densidad teórica. Como resultado, esto presenta un gran potencial de aplicación y avances en campos de alta tecnología.

Además, molinos de bolas Se aplica en la preparación de materiales de almacenamiento de hidrógeno de tierras raras y materiales luminiscentes de tierras raras.
En conclusión, la molienda mecánica de bolas es ampliamente preferida en la preparación de tierras raras. Ofrece alta eficiencia, procesos simples, ciclos de producción cortos y fácil industrialización.

Materiales catalíticos

Para alterar el tamaño de partícula de TiO2 y mejorar su rendimiento fotocatalítico, los investigadores utilizaron molinos de bolas de alta energía en polvo de TiO2.
Se estudió el impacto del tiempo de molienda en la morfología, la estructura cristalina, los espectros Raman, los espectros de fluorescencia y el rendimiento fotocatalítico de las muestras. Como resultado, la tasa de degradación de las muestras de TiO₂ molidas en molino de bolas fue mayor que la de las muestras sin moler. Cabe destacar que la muestra molida durante 4 horas presentó la mayor tasa de degradación, lo que indica el mejor rendimiento fotocatalítico.

materiales fotovoltaicos

Se utilizó un método de molienda de bolas con reducción química y mecánica para preparar polvo de plata brillante en escamas. El estudio examinó los efectos del método, el tiempo y la velocidad de molienda en las propiedades del polvo. Los resultados muestran que la molienda de bolas húmeda presenta una mayor eficiencia en la formación de escamas.
Sin embargo, el polvo de plata en escamas preparado mediante molienda de bolas en seco tiene un tamaño de escamas más grande y una apariencia de plata más brillante.

Materiales de perovskita

Se prepararon nanopolvos de Cs₂AgBiBr₆ de doble perovskita sin plomo mediante molienda mecánica de bolas. A medida que aumentaba el tiempo de molienda, los nanopolvos de Cs₂AgBiBr₆ alcanzaron finalmente una fase pura, el tamaño de partícula disminuyó gradualmente hasta aproximadamente 100 nm y la forma de las partículas cambió de bastoncillos a partículas redondas.

Material de adsorción

Los molinos de bolas activaron minerales no metálicos como la caliza, el caolín y la serpentina, mejorando su reactividad con componentes dañinos como el cobre, el plomo y el arsénico en agua. Esto logró un nuevo proceso de purificación de agua eficiente, simple y de bajo costo, que permite la precipitación selectiva y la recuperación de los componentes metálicos objetivo. Preparamos material modificado con montmorillonita (BHTMt) con excelente estructura de poros y ricos grupos funcionales mediante molienda de bolas en seco, mejorando así sus limitaciones de aplicación en la adsorción de gases. Después de la molienda de bolas, el área superficial específica de BTMt aumentó de 20,6 m²/g a 186,4 m²/g, y la microporosidad fue tan alta como 47%. BTMt tiene el mejor rendimiento de adsorción para tolueno (55,9 mg/g), que es 6 veces mayor que el de Mt original.

Conclusión

En comparación con otros métodos, la molienda de bolas reduce significativamente la energía de activación durante las reacciones químicas. Reduce el tamaño de las partículas de polvo y aumenta su actividad. Además, mejora la distribución del tamaño de las partículas y la unión interfacial. También promueve la difusión de iones en estado sólido e induce reacciones químicas a baja temperatura.
Mejora la densidad del material y sus propiedades ópticas, eléctricas y térmicas. Además, la molienda de bolas utiliza equipos sencillos y ofrece un fácil control del proceso. Se caracteriza por su bajo coste, mínima contaminación y alta eficiencia energética. Por lo tanto, es una técnica prometedora para la producción escalable de materiales.

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