إبرة الكوك مادة كربونية عالية الأداء، ذات بريق معدني ولون رمادي فضي. سطحها ليفي أو إبري الملمس، ذو ملمس زلق. تحتوي على مسام صغيرة بيضاوية الشكل. إبرة الكوك يتكون من هيدروكربونات عطرية متعددة الحلقات جزيئية كبيرة ذات طبقات عطرية مسطحة. يتميز ببنية بلورية دقيقة شبيهة بالجرافيت، مع توجه وحدوي عالي. يتبع بنيته المجهرية نموذج فرانكلين، وهو كربون نموذجي قابل للتحويل إلى جرافيت. وهو مادة مثالية لتحضير الكربون المسامي. عند تسخينه فوق 2000 درجة مئوية، يُشكل هياكل طبقية شبيهة بالجرافيت.
بفضل موصليته الكهربائية والحرارية الممتازة، وتمدده الحراري المنخفض، ومقاومته للصدمات الحرارية، يُستخدم فحم الكوك الإبري على نطاق واسع في أقطاب الجرافيت المستخدمة في صناعة الصلب، وفي مجال الطيران والفضاء، وغيرها من المجالات. وقد أصبح موضوعًا بحثيًا هامًا في مجال علوم المواد عالميًا في السنوات الأخيرة.
يمكن تصنيف فحم الكوك الإبري إلى نوعين، أحدهما قائم على الفحم والآخر قائم على البترول، وذلك حسب مصدر المادة الخام. يُنتج فحم الكوك الإبري المصنوع من الفحم عن طريق الكربنة عالية الحرارة لقطران الفحم، أو زفت قطران الفحم، أو زيت التقطير السريع.
يُنتج فحم الكوك الإبري البترولي عن طريق الكربنة عالية الحرارة لقطران الإيثيلين، أو الزيت المتبقي بالتكسير الحراري والتفريغي، أو ملاط زيت التكسير الحفزي. بفضل انخفاض نسبة الكبريت والرماد والمعادن فيه، وسهولة تحويله إلى جرافيت، يُعد حاليًا المادة الخام الرئيسية للجرافيت الصناعي. إلا أن تكلفة إنتاجه مرتفعة، ويتطلب مواد خام صارمة.
تحضير مشروب الإبرة كوك
يُنتَج فحم الكوك الإبري من خلال كربنة الطور السائل، حيث تُحلَّل المواد الخام تدريجيًا بالحرارة وتُبلمر لتكوين كرات متوسطة الطور، والتي تنمو بدورها وتندمج وتتجه، ثم تُكربن في النهاية لتكوين بنية ليفية تشبه الإبرة. تشمل عملية الإنتاج المعالجة المسبقة للمواد الخام، والتكويك المؤجل، والتكليس.
التكليس المتأخر، وهو المرحلة الرئيسية في التكليس، يشمل التقطير والكربنة، لإنتاج قار وفحم كوك مكررين. يزيل التكليس المواد المتطايرة والرطوبة لتحسين الكثافة الحقيقية.
يتطلب فحم الإبر المصنوع من الفحم معالجةً أوليةً أكثر صرامةً من فحم الإبر المصنوع من البترول، إلا أن كلا النوعين متشابهان في التركيب والتطبيقات. مع ذلك، يتميز فحم الإبر المصنوع من البترول بتكاليف إنتاج أقل وقدرة تسويقية أعلى.
تتضمن عملية تحويل الكوك الإبري إلى جرافيت عمليات مثل سحق, طحن, تعديل السطحالمعالجة الحرارية، وتعديل السطح، على غرار عملية الجرافيت بالفحم. يُستخدم فحم الكوك الإبري، وهو كربون ناعم ذو موصلية كهربائية عالية وشوائب قليلة، بشكل شائع في بطاريات أيونات الليثيوم. مع ذلك، فإن سعته النظرية منخفضة، ويتطلب استخدامه في البطاريات الجرافيت بدرجة حرارة عالية ليصبح جرافيتًا صناعيًا.
تركز الأبحاث المتعلقة بمواد الأنود القائمة على فحم الإبرة لبطاريات الليثيوم أيون على تقنيات التعديل والتركيب لتحسين السعة وخفض التكاليف، ومعالجة الطلب المتزايد على كثافة الطاقة العالية والشحن السريع والبطاريات الآمنة.
استخدامات فحم الإبرة في مجالات مختلفة
لفحم الكوك الإبري ثلاثة استخدامات رئيسية: أقطاب كهربائية عالية الطاقة، ومواد كربونية خاصة، وأنودات بطاريات ليثيوم أيون. تُستخدم أقطاب الجرافيت عالية الطاقة المصنوعة من فحم الكوك الإبري في أفران القوس الكهربائي لصناعة الصلب. تتميز صناعة الصلب في أفران القوس الكهربائي بمزايا مثل انخفاض التلوث وانخفاض استهلاك الطاقة. تتميز أقطاب الجرافيت عالية الطاقة المصنوعة من فحم الكوك الإبري بتمدد حراري منخفض، وموصلية كهربائية عالية، وقوة ميكانيكية عالية.
تُسخّن هذه الأقطاب الكهربائية المعادن وتُصهرها بكفاءة في أفران القوس الكهربائي. أما فحم الكوك الإبري، فهو مادة أنودية، وهو كربون ناعم، سهل التكوير ومنخفض التكلفة. بعد المعالجة الحرارية عالية الحرارة، يُشكّل جرافيتًا صناعيًا يتميز بثبات دوراني جيد وسعة نوعية عالية.
استخدام فحم الكوك الإبري في أقطاب الجرافيت
تُستخدم أقطاب الجرافيت بشكل رئيسي في أفران القوس الكهربائي، وأفران القوس المغمورة، وأفران المقاومة. يُعدّ تصنيع الفولاذ باستخدام أفران القوس الكهربائي أكثر مراعاةً للبيئة من أفران الصهر، مما أدى إلى سياسات مواتية في العديد من الدول. وقد أدى تزايد حجم صناعة الفولاذ باستخدام أفران القوس الكهربائي إلى زيادة الطلب على أقطاب الجرافيت. ويتجه تصنيع الفولاذ باستخدام أفران القوس الكهربائي حاليًا نحو أفران أكبر حجمًا وأكثر قدرةً. ونتيجةً لذلك، أصبحت متطلبات أقطاب الجرافيت أكثر صرامة. ونظرًا لأن الحد الأقصى للتيار المسموح به لأقطاب الجرافيت المستخدمة في أفران القوس الكهربائي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بقطرها، فإن تطوير أقطاب جرافيت كبيرة القطر أمرٌ ضروري. ويتطلب إنتاج أقطاب جرافيت كبيرة القطر فحم كوك إبري عالي الجودة.
تطبيق الكوك الإبري في القطب السالب لبطارية أيون الفلز القلوي
حاليًا، تشمل بطاريات أيونات المعادن القلوية بشكل رئيسي بطاريات أيونات الليثيوم، وأيونات الصوديوم، وأيونات البوتاسيوم. تُستخدم بطاريات أيونات الليثيوم على نطاق واسع في الحياة اليومية، وقد حظيت باهتمام خاص كأنظمة تخزين طاقة بديلة.
تتكون بطاريات أيونات الفلزات القلوية بشكل أساسي من الكاثود، والأنود، والإلكتروليت، والفاصل، وغلاف البطارية. مادة الأنود، كمكون رئيسي، تؤثر بشكل كبير على الأداء العام للبطارية. بالنسبة لبطاريات أيونات الليثيوم، تشمل مواد الأنود التجارية الجرافيت الصناعي والجرافيت الطبيعي، حيث يُمثل الجرافيت الصناعي 80%. يمكن تقسيم الجرافيت الصناعي إلى فحم الكوك الزيتي وفحم الكوك الفحمي. كما يمكن تقسيم فحم الكوك الزيتي إلى فحم البترول وفحم الكوك الإبري. تتميز مواد الأنود المصنوعة من فحم الكوك الإبري بخصائص جيدة. المواد الكيميائية تتميز هذه المواد بثباتها وقدرتها العالية وموصليتها الممتازة. تُستخدم لإنتاج مواد أقطاب كهربائية عالية الكثافة وكثافة الطاقة.
استخدام فحم الإبرة في المكثفات الفائقة
في السنوات الأخيرة، حظيت المكثفات الفائقة، كأجهزة تخزين طاقة تجمع بين خصائص كلٍّ من المكثفات والبطاريات، باهتمام كبير. فهي توفر كثافة طاقة أعلى من المكثفات التقليدية وكثافة طاقة أعلى من البطاريات الثانوية، مع دورة حياة أطول بأكثر من عشرة أضعاف من دورة حياة البطاريات الثانوية. يمكن استخدام المكثفات الفائقة لاستعادة الطاقة وإطلاقها أثناء بدء تشغيل المركبات المختلفة، وتسارعها، وكبحها. في معظم الحالات، تُدمج المكثفات الفائقة مع بطاريات ثانوية أو خلايا وقود ذات كثافة طاقة عالية لتشكيل أنظمة طاقة هجينة. يلبي هذا المزيج متطلبات مركبات الطاقة الجديدة من حيث معدلات الشحن العالية، والسعة النوعية العالية، وكفاءة استعادة الطاقة العالية.
فحم الإبرة لتحضير الجرافين
يتميز الجرافين بخواص بصرية وكهربائية وميكانيكية ممتازة، وله تطبيقات واسعة في علوم المواد والطاقة والطب الحيوي. تشمل طرق تحضير الجرافين الرئيسية التقشير الميكانيكي، والنمو الطبقي على كربيد السيليكون، والتقشير بالمذيبات، والتقشير الكيميائي (الأكسدة/الاختزال)، والترسيب الكيميائي للبخار (CVD). ومع ذلك، تُستخدم معظم هذه الطرق، مثل التقشير الميكانيكي والتقشير بالمذيبات، عادةً في المختبرات. وعلى الرغم من فعالية طريقة الترسيب الكيميائي للبخار، إلا أنها عملية معقدة نسبيًا وتكاليفها أعلى.
فحم الإبرة لصناعة الطاقة الكهروضوئية
تبرز الخلايا الشمسية المصبوغة (DSSCs) كجهاز كهروضوئي جديد، وتُصبح محورًا بحثيًا هامًا. بالمقارنة مع الخلايا الشمسية التقليدية، تتميز هذه الخلايا بمزايا مثل عمر افتراضي أطول (15-20 عامًا)، وسهولة الإنتاج الصناعي على نطاق واسع، وقصر دورة استعادة الطاقة، وانخفاض تكلفة الإنتاج (1/10 إلى 1/5 فقط من خلايا السيليكون الشمسية)، وعمليات إنتاج غير سامة وخالية من التلوث. في السنوات الأخيرة، وجد الباحثون أن فحم الإبرة يتميز بموصلية عالية، ومقاومة للحرارة، ومقاومة للتآكل، ونشاط تحفيزي كهربائي لثلاثي يوديد. بالإضافة إلى ذلك، فإن تكلفته المنخفضة تجعله مادة أقطاب واعدة للخلايا الشمسية المصبوغة.
خاتمة
يُعدّ فحم الكوك الإبري، وهو مادة كربونية عالية الترتيب، ضروريًا لبطاريات أيونات الليثيوم عالية الأداء نظرًا لموصليته الممتازة وقلة شوائبه. يُحسّن دمج تعديل الطحن بنية جزيئاته، مما يُعزز سعته ويُقلل من استهلاكه للطاقة في المعالجة، مما يُلبي متطلبات البطاريات المستدامة عالية الطاقة.
مسحوق ملحميأكثر من ٢٠ عامًا من الخبرة في صناعة المساحيق فائقة النعومة. ندعم بنشاط تطوير المساحيق فائقة النعومة، مع التركيز على عمليات التكسير والطحن والتصنيف والتعديل. تواصل معنا للحصول على استشارة مجانية وحلول مُخصصة! فريقنا من الخبراء مُلتزم بتقديم منتجات وخدمات عالية الجودة لتعزيز قيمة معالجة مساحيقك. إيبك باودر - خبيرك الموثوق في معالجة المساحيق!