Coca-Cola à aiguille Il s'agit d'un matériau en carbone haute performance, à l'éclat métallique et à la couleur gris argenté. Sa surface est fibreuse ou aciculaire, offrant un toucher glissant. Il contient de petits pores ovales. Coca-Cola à aiguille Il est constitué d'hydrocarbures aromatiques polycycliques de grande taille moléculaire, présentant des couches aromatiques planes. Sa structure microcristalline, proche du graphite, présente une forte orientation unitaire. Sa structure microscopique, suivant le modèle de Franklin, est typique d'un carbone graphitisable. C'est un matériau idéal pour la préparation de carbone poreux. Chauffé à plus de 2 000 °C, il forme des structures feuilletées proches du graphite.
Grâce à ses excellentes conductivités électrique et thermique, sa faible dilatation thermique et sa résistance aux chocs thermiques, le coke en aiguilles est largement utilisé dans la fabrication d'électrodes en graphite pour la fabrication de l'acier, l'aérospatiale et d'autres secteurs. Il est devenu ces dernières années un sujet de recherche majeur en science des matériaux à l'échelle mondiale.
Les cokes en aiguilles peuvent être classés en deux catégories : charbon et pétrole, selon la source de la matière première. Le coke en aiguilles de charbon est produit par carbonisation à haute température du goudron de houille, du brai de houille ou de l'huile de distillation éclair.
Le coke en aiguilles de pétrole est produit par carbonisation à haute température de goudron d'éthylène, d'huile résiduelle de craquage sous vide et thermique, ou de boues d'huile de craquage catalytique. Grâce à sa faible teneur en soufre, en cendres et en métaux, et à sa graphitisation aisée, il constitue actuellement la principale matière première du graphite artificiel. Cependant, son coût de production est élevé et ses exigences en matière de matières premières sont strictes.
Préparation du Needle Coke
Le coke en aiguilles est produit par carbonisation en phase liquide, pyrolysant et polymérisant progressivement les matières premières pour former des sphères de mésophase, qui croissent, fusionnent, s'orientent et se carbonisent finalement en une structure fibreuse en forme d'aiguilles. Le procédé de production comprend le prétraitement des matières premières, la cokéfaction différée et la calcination.
La cokéfaction différée, principale étape de la cokéfaction, implique la distillation et la carbonisation, produisant du brai raffiné et du coke. La calcination élimine les substances volatiles et l'humidité pour améliorer la masse volumique réelle.
Les cokes en aiguilles de charbon nécessitent un prétraitement plus rigoureux que les cokes en aiguilles de pétrole, mais leur structure et leurs applications sont similaires. Les cokes en aiguilles de pétrole présentent toutefois des coûts de production plus faibles et une capacité de commercialisation plus importante.
La graphitisation du coke en aiguilles implique des processus tels que écrasement, affûtage, modification de la surface, traitement thermique et modification de surface, similaire à la graphitisation du charbon. Le coke en aiguilles, un carbone mou à haute conductivité électrique et faible en impuretés, est couramment utilisé dans les batteries lithium-ion. Cependant, sa capacité théorique est faible et son utilisation dans les batteries nécessite une graphitisation à haute température pour obtenir du graphite artificiel.
La recherche sur les matériaux d'anode à base de coke en aiguilles pour les batteries lithium-ion se concentre sur les techniques de modification et de composites pour améliorer la capacité et réduire les coûts, répondant à la demande croissante de batteries à haute densité énergétique, à charge rapide et sûres.
Application du coke en aiguilles dans différents domaines
Le coke en aiguilles a trois utilisations principales : les électrodes haute puissance, les matériaux carbonés spéciaux et les anodes de batteries lithium-ion. Les électrodes en graphite haute puissance fabriquées à partir de coke en aiguilles sont utilisées dans les fours à arc électrique pour la fabrication de l'acier. La fabrication de l'acier au four à arc électrique présente des avantages tels qu'une faible pollution et une faible consommation d'énergie. Les électrodes en graphite haute puissance fabriquées à partir de coke en aiguilles présentent une faible dilatation thermique, une conductivité électrique élevée et une résistance mécanique élevée.
Ces électrodes chauffent et fondent efficacement les métaux dans les fours à arc électrique. Utilisé comme matériau d'anode, le coke en aiguilles, sous forme de carbone tendre, est facile à graphitiser et peu coûteux. Après un traitement thermique à haute température, il forme du graphite artificiel présentant une bonne stabilité cyclique et une capacité spécifique élevée.
Application du coke aciculaire dans les électrodes en graphite
Les électrodes en graphite sont principalement utilisées dans les fours à arc électrique, les fours à arc submergé et les fours à résistance. La production d'acier au four à arc électrique est plus respectueuse de l'environnement que celle au haut fourneau, ce qui a conduit à des politiques favorables dans de nombreux pays. L'expansion de la production d'acier au four à arc électrique a stimulé la demande d'électrodes en graphite. Actuellement, la production d'acier au four à arc électrique évolue vers des fours de plus grande taille et de très haute puissance. Par conséquent, les exigences relatives aux électrodes en graphite deviennent plus strictes. Le courant maximal admissible pour les électrodes en graphite au four à arc électrique étant positivement corrélé à leur diamètre, le développement d'électrodes en graphite de grand diamètre est essentiel. La production d'électrodes en graphite de grand diamètre nécessite du coke en aiguilles de haute qualité.
Application du coke aciculaire dans l'électrode négative d'une batterie à ions métalliques alcalins
Actuellement, les batteries alcalines métal-ion comprennent principalement les batteries lithium-ion, sodium-ion et potassium-ion. Les batteries lithium-ion sont largement utilisées au quotidien. Les batteries sodium-ion et potassium-ion suscitent un intérêt particulier en tant que systèmes alternatifs de stockage d'énergie.
Les batteries alcalines métal-ion se composent principalement d'une cathode, d'une anode, d'un électrolyte, d'un séparateur et d'un boîtier. Le matériau de l'anode, composant clé, influence grandement les performances globales de la batterie. Pour les batteries lithium-ion, les matériaux d'anode commerciaux incluent le graphite artificiel et le graphite naturel, le graphite artificiel représentant le 80%. Le graphite artificiel se divise en coke de pétrole et coke de charbon. Le coke de pétrole se subdivise lui-même en coke de pétrole et coke en aiguilles. Les matériaux d'anode fabriqués à partir de coke en aiguilles présentent de bonnes propriétés. chimique Stabilité, grande capacité et excellente conductivité. Ils sont utilisés pour produire des matériaux d'électrode à haute densité de compression et à haute densité énergétique.
Application du coke en aiguilles dans les supercondensateurs
Ces dernières années, les supercondensateurs, dispositifs de stockage d'énergie combinant les caractéristiques des condensateurs et des batteries, ont suscité un intérêt croissant. Ils offrent une densité énergétique et une densité de puissance supérieures à celles des condensateurs traditionnels, avec une durée de vie supérieure de plus d'un ordre de grandeur à celle des batteries secondaires. Les supercondensateurs peuvent être utilisés pour la récupération et la restitution d'énergie au démarrage, à l'accélération et au freinage de divers véhicules. Dans la plupart des cas, ils sont associés à des batteries secondaires ou à des piles à combustible à haute densité énergétique pour former des systèmes d'alimentation hybrides. Cette combinaison répond aux exigences des véhicules à énergies nouvelles : taux de charge élevés, capacité spécifique élevée et rendement de récupération d'énergie élevé.
Coke en aiguilles pour la préparation du graphène
Le graphène possède d'excellentes propriétés optiques, électriques et mécaniques, et trouve de nombreuses applications en science des matériaux, en énergie et en biomédecine. Les principales méthodes de préparation du graphène comprennent l'exfoliation mécanique, la croissance épitaxiale sur carbure de silicium, l'exfoliation par solvant, l'exfoliation chimique (oxydation/réduction) et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Cependant, la plupart de ces méthodes, telles que l'exfoliation mécanique et l'exfoliation par solvant, sont généralement utilisées en laboratoire. La méthode CVD, bien qu'efficace, est relativement complexe et coûteuse.
Coke en aiguilles pour l'industrie photovoltaïque
Les cellules solaires à colorant (DSSC) émergent comme un nouveau dispositif photovoltaïque et deviennent un pôle de recherche majeur. Comparées aux cellules solaires traditionnelles, les DSSC présentent des avantages tels qu'une durée de vie plus longue (15 à 20 ans), une production industrielle aisée à grande échelle, un cycle de récupération d'énergie court, un coût de production plus faible (seulement 1/10 à 1/5 de celui des cellules solaires au silicium) et des procédés de production non toxiques et non polluants. Ces dernières années, les chercheurs ont découvert que le coke en aiguilles présente une conductivité, une résistance à la chaleur et à la corrosion élevées, ainsi qu'une activité électrocatalytique pour le triiodure. De plus, son faible coût en fait un matériau d'électrode prometteur pour les cellules solaires à colorant.
Conclusion
Le coke en aiguilles, un matériau carboné hautement ordonné, est essentiel aux batteries lithium-ion hautes performances grâce à son excellente conductivité et à sa faible teneur en impuretés. La combinaison de la modification par broyage optimise la structure de ses particules, améliorant ainsi la capacité et réduisant les traitements énergivores, répondant ainsi aux exigences des batteries durables et à haute énergie.
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