Anodul de carbon - o prezentare generală Subiecte ScienceDirect

Termeni asociați:

  • Ingineria energetică
  • Litiu
  • Baterii litiu-ion
  • Pila de combustibil microbiană
  • Grafit
  • Anod
  • Carbon activat
  • Lianți
  • Anod inert
  • Cola de petrol

Descărcați în format PDF

Despre această pagină

Carboni derivati ​​din carbune

PETER G. STANSBERRY,. ALFRED H. STILLER, în Carbon Materials for Advanced Technologies, 1999

1 4 Fabricarea grafitului și anodului

Anodii de carbon industriali și grafitii artificiali nu sunt un singur material, ci sunt mai degrabă membri ai unei largi familii de carbon pur pur. Din fericire, grafitii artificiali pot fi adaptați pentru a varia foarte mult în ceea ce privește rezistența, densitatea, conductivitatea, structura porilor și dezvoltarea cristalină. Aceste atribute contribuie la aplicabilitatea lor pe scară largă. Caracteristicile specifice sunt conferite produsului finit prin controlul selectării materialelor precursoare și a metodei de prelucrare [19]

Procesele pentru fabricarea anodilor de carbon și a electrozilor de grafit sunt foarte similare și, în unele cazuri, se suprapun. Materiile prime de bază sunt cocsul calcinat (cocs de umplutură) și pasul de gudron de cărbune. În mod convențional, procesul începe prin măcinarea și dimensionarea cocsului de petrol calcinat la diferite dimensiuni pentru recombinare în proporții dictate de utilizarea finală; grafitul fin, grafitii cu densitate mare necesită particule de cocs de dimensiuni micronice, în timp ce particulele de cocs pentru anodi pot avea dimensiuni de centimetri. Coca-cola metalurgică și cărbunele antracit pot fi utilizate ca materiale de umplutură, dar introducerea lor crește nivelul de contaminare de către metale, precum și reduce conductivitatea. Coca-cola de gudron de cărbune este, de asemenea, acceptabilă și este utilizată în țările cu resurse de petrol limitate, dar accesibile. Amestecul de cocs este apoi adăugat la un pas de liant topit și amestecat pentru a permite pasului să ude suprafața de cocs. În funcție de porozitatea cocsului și a altor variabile, aproximativ o parte a pasului de liant este combinată cu trei părți de cocs în fiecare lot de amestecare. Se menține o temperatură suficientă astfel încât amestecul să fie plastic pentru modelare fie prin turnare, fie prin extrudare. Obiectele modelate sunt răcite pentru a întări liantul pentru manipulare, depozitare și eventuală prelucrare ulterioară.

Coacerea este următorul pas. La alegerea cuptorului adecvat, flexibilitatea funcționării și controlul temperaturii sunt considerente cheie. Un cuptor obișnuit de coacere este cuptorul în groapă, în care articolele formate sunt strânse cu grijă. Materialul de ambalare alcătuit din particule fine de cocs (briză) sau nisip este plasat în jurul stocului verde pentru a preveni lăsarea și distorsiunea și pentru a oferi un mediu poros pentru eliberarea substanțelor volatile. Ciclul de ardere este atent monitorizat pentru a se încălzi de la 2 la 10 ° C pe oră până la aproximativ 1000 ° C, durând adesea câteva săptămâni până la finalizare. Pe măsură ce temperatura crește, liantul suferă piroliză și fuzionează cocsul într-o masă solidă. După răcire, materialul de ambalare este îndepărtat și articolele coapte examinate pentru defecte, finisate și utilizate ca anodi de carbon

În unele aplicații articolul coapte ar fi tratat termic în continuare (grafitizare). În timpul grafitizării, stocul este poziționat în cuptorul de grafitizare și acoperit cu material de ambalare. Sunt utilizate două modele de stivuire. În cuptorul Acheson stocul este aranjat în coloane verticale care sunt transversale față de axa cuptorului, cu ambalaj de cocs între fiecare coloană. Ambalajul funcționează ca un rezistor. În procesul Castner, stocul este plasat în rânduri paralele cu axa cuptorului, cu stocul atingându-se unul de altul cap la cap. În acest caz, stocul este rezistența.

Grafitizarea se realizează prin trecerea unui curent electric prin fiecare pat. O încălzire rezistivă considerabilă are loc atunci când sunt posibile temperaturi care depășesc 3000 ° C. Parametrii normali ai procesului utilizează rate de încălzire între 30 și 70 ° C pe oră până la 2500 ° C. Timpul total la temperatură depinde de mărimea artefactului. Mai erau necesare câteva zile pentru a răci cuptorul înainte de despachetare.

În timpul tratamentului la temperaturi ridicate, carbonul suferă modificări dramatice ale proprietăților. Cele mai importante efecte sunt rearanjarea moleculară a carbonului amorf într-o structură grafică mai ordonată. În consecință, acele caracteristici asociate cu grafit, inclusiv cristalinitate ridicată, coeficient scăzut de expansiune termică, rezistență electrică scăzută, conductivitate termică ridicată și rezistență la șoc termic sunt transmise.

Aplicații ale materialelor carbon avansate la bateria secundară litiu-ion

Morinobu Endo, Yoong Ahm Kim și Carbon Alloys, 2003

1. Introducere

În bateriile reîncărcabile Li-ion, bazate pe conceptul de balansoar sau cocoș navetă, ionii de litiu se deplasează ușor înainte și înapoi între gazdele de intercalație ale catodului și anodului. Astfel, bateriile secundare litiu-ion constau dintr-un anod carbonic și un oxid de metal de tranziție cu litiu, cum ar fi LiCoO2, LiNiO2 și LiMn2O4 ca catod, așa cum se arată în Fig. 1 a. Anodul pe folia de Cu și catodul pe folia de Al sunt formate în forme spiralate sau pliate, care dau un tip cilindric US18650 (18 mm diametru și 650 mm înălțime, Fig. 1b) și celule prismatice. Între acești doi electrozi, este plasat un separator polimeric poros de poliolefină cu aproximativ 25 μm grosime, realizat din polietilenă (PE) și polipropilenă (PP) (Fig. 1b) [16, 17]. Figura 2 prezintă fotografii SEM ale anodilor în care se formează foi de carbon pe ambele părți ale unui cablu din folie de cupru. Electrolitul este un lichid organic, cum ar fi PC, EC + DEC sau un polimer de tip gel dezvoltat recent, stabil sub tensiuni ridicate. O sare de litiu precum LiClO4, LiBF4 și LiPF6 este dizolvată în electrolit.