Moinhos de bolas para novos materiais: baterias de lítio, terras raras, catálise, energia fotovoltaica e proteção ambiental

Desde a sua invenção, há mais de um século, o moinho de bolas tem sido amplamente utilizado em várias indústrias. Isso inclui química, mineração, materiais de construção, energia, produtos farmacêuticos e defesa. A moagem de bolas é especialmente valiosa no processamento de minerais complexos. Os pesquisadores também a usam para modificação e ativação da superfície do pó. O método suporta síntese de pó funcional e liga mecânica. Ele desempenha um papel fundamental na preparação de pós ultrafinos. A moagem mecânica de bolas tem amplo potencial de pesquisa e aplicação nesses campos. Agora, o moinhos de bolas entraram nos novos materiais para baterias de lítio, terras raras, catálise, fotovoltaica e campos de proteção ambiental com sua estrutura simples, operação contínua e forte adaptabilidade.

Vantagens e desvantagens do moinho de bolas

O moinho de bolas tem uma estrutura simples e opera continuamente. É altamente adaptável e tem desempenho estável, o que é adequado para uso em larga escala e fácil de automatizar. A taxa de britagem varia de 3 a 100 µm. Ele pode processar várias matérias-primas minerais. Os usuários podem aplicar métodos de moagem úmida e seca.

Sabe-se que moinhos de bolas têm alto consumo de energia. A eficiência de conversão de energia em área de superfície de pó é baixa. O sistema desperdiça a maior parte da energia em vez de usá-la para reduzir o tamanho das partículas. Além disso, a capacidade de produção dos moinhos de bolas impacta a eficiência geral do processo. Portanto, otimizar o processo de moagem é essencial. Reduzir o consumo de energia e melhorar a eficiência é necessário. Isso aumentará a moagem da matéria-prima e o rendimento do produto final.

Progresso da pesquisa de moagem mecânica de bolas no campo de novos materiais

Materiais de bateria de lítio

Usando moinhos de bolas para novos materiais - baterias de lítio, o precursor hidróxido composto de níquel-cobalto-manganês Ni0.5Co0.2Mn0.39(OH)2 foi uniformemente misturado com carbonato de lítio. A mistura foi então calcinada em alta temperatura para sintetizar LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 de formato irregular. A caracterização mostrou que o material tem uma estrutura NaFeO2 e um valor de pH de 11,18. A capacidade de descarga do primeiro ciclo foi de 167,5 mAh/g (a uma densidade de corrente de 30 mA/g, 2,5-4,3 V). A eficiência Coulombic foi de 88,9%. Esses resultados sugerem que LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 sintetizado por moagem de bolas tem um pH baixo e alta capacidade de descarga.

O material SiOx foi sintetizado por moagem mecânica de bolas em uma atmosfera de ar. Pesquisadores o usaram como um material de ânodo para baterias de íons de lítio. A capacidade volumétrica do SiOx atinge 1487 mAh/cc, mais que o dobro da grafite. Sua primeira eficiência Coulombic é maior que a do SiO não tratado, atingindo até 66,8%. Além disso, o SiOx mostra excelente estabilidade de ciclo. A uma densidade de corrente de 200 mA/g, a capacidade permanece estável em torno de 1300 mAh/g após 50 ciclos. Portanto, esses resultados sugerem o potencial prático do SiOx preparado por esse método.

O composto de moagem mecânica de esferas de alta energia de grafite artificial de biomassa e silício pode efetivamente melhorar a microestrutura e o desempenho eletroquímico de materiais de ânodo de silício. O eletrodo composto retém uma capacidade de descarga de 995 mAh/g após 100 ciclos a 1 A/g de corrente de descarga, mostrando bom desempenho de taxa.

Materiais de terras raras

Em pó de polimento de terras raras, a moagem mecânica de bolas aumenta a força de cisalhamento durante as reações químicas. Isso acelera a difusão de partículas, refinando reagentes e produtos. Evita a introdução de solventes, reduzindo o processo de precipitação. Isso diminui o impacto das condições de preparação, expandindo muito o escopo de pesquisa de materiais de polimento. Para materiais catalíticos de terras raras, os moinhos mecânicos de bolas têm um processo simples e condições suaves.
Ele permite o processamento de materiais em larga escala e, ao mesmo tempo, evita o uso de solventes em grande escala, prevenindo assim poluentes tóxicos. Além disso, em ímãs permanentes de terras raras de alto desempenho, a moagem mecânica de bolas reduz a temperatura de síntese e melhora a densidade teórica. Como resultado, isso mostra grande potencial para aplicação e avanços em campos de tecnologia de ponta.

Adicionalmente, moinhos de bolas é aplicado na preparação de materiais de armazenamento de hidrogênio de terras raras e materiais luminescentes de terras raras.
Concluindo, a moagem mecânica de esferas é amplamente favorecida na preparação de materiais de terras raras. Ela oferece alta eficiência, processos simples, ciclos de produção curtos e fácil industrialização.

Materiais catalíticos

Para alterar o tamanho das partículas de TiO2 e melhorar seu desempenho fotocatalítico, os pesquisadores usaram moinhos de bolas de alta energia em pó de TiO2.
Eles estudaram o impacto do tempo de moagem na morfologia das amostras, estrutura cristalina, espectros Raman, espectros de fluorescência e desempenho fotocatalítico. Como resultado, a taxa de degradação das amostras de TiO2 moídas em esferas foi maior do que a das amostras não moídas. Notavelmente, a amostra moída por 4 horas apresentou a maior taxa de degradação, indicando o melhor desempenho fotocatalítico.

Materiais fotovoltaicos

Um método de moagem de esferas mecânicas de redução química foi usado para preparar pó de prata em flocos brilhantes. O estudo examinou os efeitos do método de moagem, tempo de moagem e velocidade de moagem nas propriedades do pó. Os resultados mostram que a moagem de esferas úmida tem maior eficiência de formação de flocos.
Entretanto, o pó de prata em flocos preparado por moagem a seco tem flocos maiores e uma aparência prateada mais brilhante.

Materiais de perovskita

Nanopós de perovskita dupla sem chumbo Cs2AgBiBr6 foram preparados por moagem mecânica de esferas. Conforme o tempo de moagem de esferas aumentou, os nanopós de Cs2AgBiBr6 finalmente atingiram uma fase pura, o tamanho da partícula diminuiu gradualmente para cerca de 100 nm, e o formato da partícula mudou de partículas em forma de haste para redondas.

Material de adsorção

Os moinhos de bolas ativaram minerais não metálicos, como calcário, caulim e serpentina, aumentando sua reatividade com componentes nocivos como cobre, chumbo e arsênio na água. Isso alcançou um novo processo de purificação de água eficiente, simples e de baixo custo, permitindo precipitação seletiva e recuperação de componentes metálicos alvo. Preparamos material modificado com montmorilonita (BHTMt) com excelente estrutura de poros e ricos grupos funcionais por moagem a seco de bolas, melhorando assim suas limitações de aplicação na adsorção de gás. Após a moagem de bolas, a área de superfície específica do BTMt aumentou de 20,6 m2/g para 186,4 m2/g, e a microporosidade foi tão alta quanto 47%. O BTMt tem o melhor desempenho de adsorção para tolueno (55,9 mg/g), que é 6 vezes maior do que o do Mt original.

Conclusão

Comparado a outros métodos, a moagem de bolas reduz significativamente a energia de ativação durante reações químicas. Ela reduz o tamanho das partículas de pó e aumenta a atividade do pó. Além disso, melhora a distribuição do tamanho das partículas e aumenta a ligação interfacial. Ela também promove a difusão de íons em estado sólido e induz reações químicas de baixa temperatura.
Ela melhora a densidade do material e as propriedades ópticas, elétricas e térmicas também. Além disso, a moagem de bolas usa equipamentos simples e oferece fácil controle do processo. Ela apresenta baixo custo, poluição mínima e alta eficiência energética. Portanto, é uma técnica promissora para produção de material escalável.

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