Anthracite Untuk Pengeluaran Bateri: Sarung Dan Anodes
Anthracite Bahan
Anthracite
adalah salah satu bentuk arang batu yang paling tulen dan sangat dihargai. Sebagai bahan karbonaceous yang telah berjuta-juta tahun dalam membuat, ketumpatan tenaga yang tinggi membawa ia menjadi jenis arang batu pilihan untuk aplikasi penjanaan kuasa. Selain daripada
aplikasi lain yang meluas
dalam
refraktori
dan pembuatan langsung bahan kimia komoditi dan makmal (1), anthracite mendapati kegunaan penting sebagai komponen penting dalam teknologi bateri tradisional dan kontemporari. Struktur dalaman anthracite terdiri daripada lembaran seperti grafen, membentuk paket dengan orientasi yang jelas(2). Di semua aplikasi, kesucian anthracite terus keluar dari tanah, ketersediaan yang luas dan harga yang rendah menjadikannya bahan yang menarik untuk digunakan.
Ketumpatan
Ketumpatan adalah azab berterusan pembuat bateri moden. Bateri berat bermakna kepadatan tenaga keseluruhan yang lebih rendah diberikan keadaan caj yang berterusan. Oleh itu, bahan berkemuk rendah sebagai pengisi untuk pembuatan sarung / elektrod disasarkan. Anthracite mempunyai ketumpatan 1.3 hingga 1.8 g/cm3, yang kurang daripada karbon hitam dan kurang daripada separuh daripada aluminium oksida - menjadikannya pilihan yang baik walaupun sebelum mempertimbangkan kelebihan lain (3). Menggunakan anthracite berkepadatan rendah boleh menurunkan berat badan bateri dengan ketara, berbanding dengan ketumpatan purata di semua pengisi biasa 2.6 hingga 2.9 g/cm3.
Kekelirdukan
Bagi mana-mana aplikasi yang melibatkan penyimpanan tenaga elektrik, adalah penting untuk memastikan kekelirtifan dan rintangan untuk anthracite. Sememangnya, kekonduksian boleh berbeza-beza sebagai fungsi suhu, tetapi sel bateri ditutup sistem jadi untuk semua maksud dan tujuan, apabila dimeterai dalam kekonduksian sel bahan tertentu akan kekal berterusan. Pertimbangan penting juga, untuk kot / sarung adalah sama ada litar pintas adalah kemungkinan. Anthracite dalam bentuk yang tidak dirawat adalah konduktor elektrik yang lemah, menjadikannya sesuai untuk sarung dengan sedikit pemprosesan selain daripada pengisaran (4). Bagi permohonan elektrod, pengiraan (dan dengan itu grafiti berikutnya) diperlukan untuk meningkatkan kekonduksian elektrik. Fenomena seperti kesan Rapoport dianggap sebagai bukan isu bagi permohonan ini(5).
Kekerasan / kebolehkerjaan
Sangat berkaitan dengan kekerasan adalah idea kebolehkerjaan, seperti sama ada produk boleh dimesin / diilangi menjadi bahan yang boleh digunakan (6). Secara keseluruhan, anthracite tidak dianggap sebagai bahan 'keras', dengan kekerasan KKM di rantau ini 2-3, berbanding berlian pada 10. Anthracite - sebelum dan selepas pengiraan / grafisi - mudah bekerja dengan. Anthracite telah mengurangkan tahap hidrofobik berbanding dengan beberapa bentuk karbon (7).
Permohonan Dalam Sarung
Mungkin secara counterintuitively, anthracite telah digunakan dalam sarung bateri sebagai komponen pengisi penting dalam pembentukan beberapa jenis getah sintetik. Getah - dan plastik serupa - telah lama digunakan untuk pembendungan bateri jenis asid plumbum yang digunakan dalam sektor automotif dan penerbangan. Kapasiti yang tinggi, sel-sel yang boleh dicas semula memerlukan sarung yang berpanrtahan lama dan agak keras(8). Unsur kecerahan dalam aplikasi sedemikian boleh diterima kerana bateri itu sendiri cenderung untuk disokong dengan baik, tidak beban galas, dan tidak mempunyai sedikit kuasa mekanikal yang dikenakan ke atas mereka. Anthracite adalah bahan yang sesuai kerana ia adalah resistive elektrik, selain menyediakan banyak faedah lain.
Getah Dan Plastik
Getah terdiri daripada isoprene polimerised yang diperoleh daripada lateks Hevea brasiliensis, manakala getah sintetik menggunakan isoprene buatan manusia yang diperolehi daripada produk petroleum. Ejen bulking, yang dikenali sebagai pengisi, biasanya digunakan untuk membuat getah pergi lebih jauh, menambah sifat unik dan membantu dalam pembuatan.
Anthracite tanah adalah pilihan pengisi yang popular kerana kebolehkerjaannya yang mudah dan kos yang rendah, manakala sebahagian besarnya tercemar percuma di sumber - anthracite menjadi bentuk arang batu yang paling tulen. Anthracite berkilat ditambah kepada pembuatan getah dalam jumlah sehingga 80% mengikut berat. Penambahan sedemikian bukan sahaja menjadikan bahan baru dalam warna hitam, tetapi memastikan berat badan rendah pada akaun ketumpatan rendah anthracite. Anthracite telah digunakan sebagai pengisi berkesan dalam getah/plastik keras sejak sekurang-kurangnya awal 1940-an(9).
Impak Anthracite Ke atas Getah
Selain daripada kesan pukal bertindak sebagai pengisi, iaitu menyediakan sebahagian besar saiz fizikal bahan, penggunaan anthracite sebagai pengisi getah menyebabkan peningkatan ketara kekuatan tegangan dalam pelbagai getah. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa dalam getah sintetik jenis tegak-butadiene, anthracite milled pada saiz zarah ca. 3 μm digunakan pada 30% oleh kuantiti berat badan yang diberikan getah dengan kekuatan tegangan kira-kira 15% lebih besar daripada apabila hitam karbon telah digunakan sebagai pengisi (10). Penulis perhatikan, bagaimanapun, kekuatan itu meningkat dengan beban anthracite yang lebih besar setakat - kekerasan menjadi ketara pada tahap anthracite tertinggi.
Manfaat yang ketara menggunakan anthracite sebagai pengisi untuk getah dan termoplastik yang serupa adalah peningkatan kestabilan haba bahan siap, hasil daripada generasi situ komposit bahan karbonaceous polimer (11). Kestabilan haba dalam getah/plastik siap adalah utiliti tertentu kepada bahan-bahan yang digunakan untuk sarung bateri kerana bateri sering ditemui dalam persekitaran yang hangat, seperti di teluk enjin kereta, dan rintangan jangka panjang terhadap suhu dinilai untuk hayat bateri yang berterusan tanpa kebocoran. Berbanding dengan yang lain - rendah - jenis arang batu, anthracite jauh lebih mudah dibiakkan kepada saiz zarah ultra-halus yang diperlukan(12) dan ia menikmati struktur fizikal yang serupa dengan graphite(13), oleh itu memerlukan pemprosesan sedikit lebih awal daripada penggunaan.
Pembentukan getah menggunakan perkadaran bahan karbonaceous yang tinggi seperti pengisi anthracite membawa kepada tahap pembentukan liang, tetapi ini tidak menembusi melalui bahan pukal, dan sering mempunyai saiz liang yang lebih kecil daripada 2 nm(14) dan sebagainya tidak diiktiraf sebagai masalah. Malah nano/mikropores sedemikian berfaedah; getah dibentuk oleh proses yang dikenali sebagai vulcanisation, dan elastomers yang dibentuk oleh vulcanisation mengisi liang-liang(15).
Apabila membentuk renjer seperti getah, tekanan tegangan dikurangkan oleh rantai molekul getah/plastik 'menggelincir' pada anthracite berbisik apabila diletakkan di bawah tekanan luaran - 'gelongsor' itu mengurangkan impak tekanan keseluruhan dan dengan itu boleh dikatakan mengukuhkan struktur (16). Dilaporkan bahawa anthracite milled mempunyai interaksi yang lebih kuat mengikat dengan molekul getah daripada bahan-bahan karbohidap lain.
Pertimbangan Dalam Permohonan
Saiz pengisaran biasa untuk anthracite untuk getah adalah 325 mesh (44 μm)(17). Penting untuk umur hayat perkhidmatan yang panjang - terutamanya dalam sektor automotif - menggunakan karbon berkualiti tinggi untuk pengeluaran bekas bateri getah / plastik. Anthracite diiktiraf seperti bahan, dan mampu ciri-ciri kekuatan untuk sarung keseluruhan. Walau apa pun ini, bateri dengan sarung getah/plastik karbon perlu dijamin oleh lebih daripada satu titik pelekap untuk mencegah tekanan yang tidak wajar(18), jika tekanan mungkin berlaku, terutamanya dengan kandungan karbon yang tinggi melebihi 75%. Ia diselindungkan bahawa kekonduksian elektrik dalam sarung getah ditingkatkan melalui kemasukan pengisi sekunder seperti tanah liat, dan dengan itu ini harus dielakkan(19).
Aplikasi Dalam Anodes
Penggunaan yang berkembang pesat untuk anthracite tanah dan berbilil adalah dalam pengeluaran anodes berskrin tinggi, berat rendah untuk sistem bateri moden. Bergantung kepada anthracite yang sangat menjalankan (dicapai oleh pengiraan dan grafitisasi, lihat di bawah), teknologi baru muncul menggunakan bahan yang kerap sebagai anodes dalam sel-sel litium-ion premium (20), melalui bateri kenderaan elektrik (21) dan sel-sel natrium-vanadium-fosfat mewah (22) yang mendakwa mampu meningkatkan tahap ketumpatan tenaga dan keupayaan pengecasan yang cepat. Penggunaan sedemikian manifolds bergantung kepada struktur molekul anthracite yang jelas, ketumpatan rendahnya dengan itu berat badan yang lebih ringan, dan rintangan elektrik yang rendah apabila dikalcined. Anthracite calcined boleh digunakan sebagai sebahagian daripada elektrod - selalunya lebih daripada 50% jisim elektrod - atau sebagai penyapu.
Calcination And Grafitised / Grafitizable Borang Karbon
Anthracite calcined mempunyai pelbagai kegunaan merentasi aplikasi pengasas, refraktori dan pengeluaran logam (23,24) - dan pengiraan adalah penting untuk anthracite digunakan sebagai elektrod. Rawatan anthracite hancur /serbuk / berinditer sering merupakan proses pertama dalam menghasilkan anthracite yang paling sesuai untuk aplikasi penyimpanan tenaga elektrik seperti bateri.
Pengiraan mengurangkan rintangan elektrik bahan dan membuang sebatian organik sisa yang tidak menentu. Tidak berkali-calit, seperti yang dilombong, anthracite adalah penebat elektrik. Anthracite yang telah dikalkali pada suhu serendah 900 °C menunjukkan rangsangan yang besar kepada kerelatifan elektriknya, dengan ketahanan hanya 1,000 μΩ pada 1,300 °C(25).
Karbon grafiti merujuk kepada satu bentuk karbon yang telah dipanaskan ke tahap tertentu di mana ia mengambil sifat-sifat graphite, melalui pembentukan struktur molekul seperti graphite. Graphite adalah konduktor elektrik yang unggul, dan dengan itu jika seseorang mampu membeli hartanah seperti graphite kepada bahan yang murah dan boleh didapati secara meluas seperti anthracite, konduktor elektrik yang sangat berprestibel akan direalisasikan. Grafisi lengkap biasanya berlaku apabila bahan karbonas yang kukuh dipanaskan melebihi 2,000 °C, dengan grafiti separa dalam bahan yang berlaku dari sekitar 1,400 °C dan seterusnya. Pengiraan boleh memberikan suhu sedemikian, terutamanya pada hujung bawah (26).
Ringkasan
- Anthracite adalah salah satu bentuk arang batu yang paling tulen dan paling banyak tersedia
- Ketumpatan optimum, kekerasan dan struktur karbon menjadikannya berguna untuk pelbagai aplikasi
- Anthracite berbisa digunakan sebagai pengisi dalam plastik / lapisan getah keras, bekas dan sarung untuk bateri bersambung tinggi
- Anthracite calcined boleh digunakan sebagai anodes untuk bateri berteknologi tinggi
Rujukan
1 C. Lagu dan H. H. Schobert, Bahan Api, 1996, 75, 724
2 S. Pusz et al.,Int. J. Coal Geol., 2003, 113, 157
3 G. Wypych, Pengisi Fungsian: Komposisi Kimia, Morfologi, Prestasi, Aplikasi, Elsevier, Amsterdam, 2018
4 J.M. Peyneau, Reka bentuk Lapisan Periuk Yang Sangat Dipercayai, dalam: A. Tomsett dan J. Johnson (eds), Bacaan Penting dalam Logam Ringan, Springer, Cambridge, 2016
5 Rapoport dan Samoilenko, Tsvetnye Metally, 1957, 2, 44 (di Rusia)
6 A. Szeluga et al., Renang. Bahagian A: Appl. Mini. Manuf., 2015, 73, 204
7 W. S. Blaschke (ed.), Trend Baru dalam Teknologi dan Peralatan Persediaan ArangBatu , Taylor dan Francis, Abingdon, United Kingdom, 1995
8 A. K. Bhowmick, Teknologi Pembuatan Produk Getah, CRC Press, Boca Raton, Amerika Syarikat, 1994
9 Paten AS US2638456A, 1949 (tamat tempoh), US3400096A, 1963 (tamat tempoh)
10 J. Tan et al., J. APPL. Polm. Mini., 2019, 136, 48203
11 Y. Zhang et al., Chem baru. Mater., 2013, 41, 3
12 X. Zhu et al., J. Polym. Res., 2010, 17, 621
13 S. Rodriguez et al., Int. J. Arang Batu Geol., 2012, 94, 191
14 J. Rouquerol et al., Appl tulen. Chem., 1994, 66, 1739
15 N. Dishovksi et al., Mater. Res., 2017, 20, 1211
16 H. D. Luginsland et al., Renang. Bahagian A: Appl. Mini. Manuf., 2005, 36, 449
17 H. H. Schobert, Proses bahan api. Tech., 2004, 85, 1373
18 P. R. Lewis (ed.), Kejuruteraan Polimer Forensik: Mengapa Produk Polimer Gagal dalam Perkhidmatan, ed ke-2, Woodhead, Cambridge, 2016
19 E. Bilotti et al., Renang. Mini. Tech., 2013, 74, 85
20 Y. Yu et al., J. Aloi Sebatian, 2019, 779, 202
21 Q. Zhang et al., eTransportation, 2019, 2, 100033
22 Q. Yan et Al. Adv. Mater., 2015, 27, 6670
23 S. Ge et Al., Metallurg. Mater. Trans. B, 1968, 20. 67
24 Paten AS US9695088B2, 2010
25 I. V. Surotseva et al., Coke dan Chem., 2012, 55, 231
26 V. I. Lakomskii, Coke dan Kimia, 2012, 55, 266
You must be logged in to post a comment.