Вуглецевий анод - огляд тем ScienceDirect

Пов’язані терміни:

Енергетична інженерія
Літій
Літій-іонні батареї
Мікробна паливна комірка
Графіт
Анод
Активоване вугілля
В’яжучі речовини
Інертний анод
Нафтовий кокс

Завантажити у форматі PDF

Про цю сторінку

Вугілля, отримані з вугілля

ПЕТЕР Г. СТЕНСБЕРІ,. АЛЬФРЕД Х. СТІЛЛЕР, у вуглецевих матеріалах для передових технологій, 1999

1 4 Виробництво графіту та анодів

Промислові вуглецеві аноди та штучні графіти не є єдиним матеріалом, а є членами широкого сімейства по суті чистого вуглецю. На щастя, штучні графіти можуть бути розроблені так, щоб вони сильно варіювались за своєю міцністю, щільністю, провідністю, структурою пор та кристалічним розвитком. Ці атрибути сприяють їх широкій застосовності. Готовому продукту надаються специфічні характеристики шляхом контролю вибору матеріалів-попередників та способу обробки [19]

Процеси виготовлення вуглецевих анодів та графітових електродів дуже схожі і в деяких випадках перекриваються. Основною сировиною є прожарений кокс (наповнювальний кокс) та кам’яновугільна смола. Звичайно процес починається подрібненням і проклеюванням прожареного нафтового коксу до різних розмірів для рекомбінації у пропорціях, продиктованих кінцевим використанням; для дрібнозернистих графітів високої щільності потрібні частинки коксу мікронних розмірів, тоді як частинки коксу для анодів можуть мати сантиметри. Металургійний кокс та антрацитове вугілля можуть бути використані як наповнювачі, але їх введення підвищує рівень забруднення металами, а також зменшує провідність. Вугільно-смоляний кокс також прийнятний і використовується в країнах з обмеженими запасами нафти, але доступними ресурсами вугілля. Потім коксову суміш додають до розплавленого в'яжучого смоли і перемішують, щоб смола змочила поверхню коксу. Залежно від пористості коксу та інших змінних, у кожній партії змішування приблизно одна частина зв’язуючого кроку поєднується з трьома частинами коксу. Підтримується достатня температура, така що суміш є пластмасовою для формування або формуванням, або екструзією. Фігурні предмети охолоджуються для затвердіння сполучного для обробки, зберігання та подальшої обробки.

Випічка - наступний крок. При виборі відповідної хлібопекарської печі ключові міркування - гнучкість роботи та контроль температури. Звичайною хлібопекарською піччю є котлова піч, в яку ретельно укладаються сформовані вироби. Насадковий матеріал, що складається з дрібних частинок коксу (вітру) або піску, розміщений навколо зеленого матеріалу, щоб запобігти провисанню та спотворенням та забезпечити пористе середовище для виділення летких речовин. Ретельно контролюється цикл випалу для нагрівання від 2 до 10 ° C на годину до приблизно 1000 ° C, часто для завершення потрібно кілька тижнів. При підвищенні температури сполучна піддається піролізу і плавить кокс у тверду масу. Після охолодження пакувальний матеріал видаляють, а випечені вироби досліджують на наявність дефектів, обробляють і використовують як вуглецеві аноди

У деяких додатках випіканий виріб буде додатково піддаватися термічній обробці (графітизація). Під час графітизації запас розміщують у печі для графітизації та покривають пакувальним матеріалом. Використовуються два шаблони укладання. У печі Acheson запас розміщений у вертикальних колонах, які є поперечними до осі печі, з коксовою насадкою між кожною колоною. Упаковка функціонує як резистор. У процесі Кастнера запас розміщують рядами, паралельними осі печі, при цьому запас торкається один одного кінцем. У цьому випадку запасом є резистор.

Графітизація здійснюється шляхом пропускання електричного струму через будь-який шар. Значне резистивне нагрівання відбувається там, де можливі температури, що перевищують 3000 ° C. Нормальні технологічні параметри використовують швидкість нагрівання від 30 до 70 ° C на годину до 2500 ° C. Загальний час перебування при температурі залежить від розміру артефакту. Ще кілька днів потрібно для охолодження печі перед розпаковуванням.

Під час високотемпературної обробки вуглець зазнає значних змін у властивостях. Найважливішими ефектами є молекулярна перебудова аморфного вуглецю в більш впорядковану графітову структуру. Як наслідок, надаються ті характеристики, пов'язані з графітом, включаючи високу кристалічність, низький коефіцієнт теплового розширення, низький електричний опір, високу теплопровідність і стійкість до теплових ударів.

Застосування вдосконалених вуглецевих матеріалів до літій-іонної вторинної батареї

Морінобу Ендо, Юн Ам Кім, у вуглецевих сплавах, 2003

1. Вступ

У літій-іонних акумуляторах, заснованих на концепції крісла-гойдалки або човникового човна, іони літію легко переміщуються вперед-назад між інтеркаляційними хостами катода та анода. Таким чином, вторинні літій-іонні батареї складаються з вуглецевого анода та оксиду перехідного металу літію, такого як LiCoO2, LiNiO2 та LiMn2O4 як катода, як показано на рис. 1а. Анод на Cu-фользі та катод на Al-фользі сформовані у спіралеподібні або складені в пластини фігури, що надають циліндричний тип US 18650 (діаметр 18 мм і висота 650 мм, рис. 1b) та призматичні комірки. Між цими двома електродами розміщений пористий полімерний сепаратор поліолефіну товщиною близько 25 мкм, виготовлений з поліетилену (PE) та поліпропілену (PP) (рис. 1b) [16, 17]. На рисунку 2 представлені фотографії анодів, на яких вуглецеві листи утворені по обидва боки свинцю з мідної фольги. Електроліт являє собою органічну рідину, таку як ПК, EC + DEC, або нещодавно розроблений гелевий полімер, стійкий до високих напруг. Сіль літію, така як LiClO4, LiBF4 та LiPF6, розчиняється в електроліті.