jarum kokas adalah material karbon berkinerja tinggi dengan kilau metalik dan warna abu-abu keperakan. Tekstur permukaannya berserat atau seperti jarum, dengan kesan licin. Di dalamnya terdapat pori-pori kecil berbentuk oval. jarum kokas terdiri dari hidrokarbon aromatik polisiklik molekul besar dengan lapisan aromatik datar. Ia memiliki struktur mikrokristalin seperti grafit dengan orientasi unit yang tinggi. Struktur mikroskopisnya mengikuti model Franklin dan merupakan karbon yang dapat digrafitisasi. Ia merupakan material yang ideal untuk menyiapkan karbon berpori. Ketika dipanaskan di atas 2000°C, ia membentuk struktur berlapis seperti grafit.
Karena konduktivitas listrik, konduktivitas termal, ekspansi termal rendah, dan ketahanan terhadap guncangan termal yang sangat baik, kokas jarum banyak digunakan dalam pembuatan baja, elektroda grafit, kedirgantaraan, dan bidang lainnya. Dalam beberapa tahun terakhir, kokas jarum telah menjadi topik penelitian yang menarik dalam bidang ilmu material di seluruh dunia.
Kokas jarum dapat diklasifikasikan menjadi jenis yang berbahan dasar batu bara dan minyak bumi, tergantung pada sumber bahan bakunya. Kokas jarum berbahan dasar batu bara diproduksi melalui karbonisasi tar batu bara, pitch tar batu bara, atau minyak sulingan kilat pada suhu tinggi.
Kokas jarum berbasis minyak bumi diproduksi melalui karbonisasi suhu tinggi dari tar etilen, minyak sisa hasil perengkahan vakum dan termal, atau bubur minyak hasil perengkahan katalitik. Karena kandungan sulfur, abu, dan logamnya yang rendah, saat ini kokas jarum merupakan bahan baku utama untuk grafit buatan. Akan tetapi, biaya produksinya tinggi, dan persyaratan bahan bakunya ketat.
Persiapan Needle Coke
Kokas jarum diproduksi melalui karbonisasi fase cair, secara bertahap melakukan pirolisis dan polimerisasi bahan baku untuk membentuk bola-bola mesofase, yang kemudian tumbuh, menyatu, berorientasi, dan akhirnya mengkarbonisasi menjadi struktur seperti jarum berserat. Proses produksi meliputi praperlakuan bahan baku, kokas tertunda, dan kalsinasi.
Proses kokas tertunda, tahap utama kokas, melibatkan distilasi dan karbonisasi, menghasilkan pitch dan kokas yang telah dimurnikan. Kalsinasi menghilangkan zat-zat yang mudah menguap dan uap air untuk meningkatkan kepadatan sebenarnya.
Kokas jarum berbahan dasar batu bara memerlukan pra-perlakuan yang lebih ketat daripada kokas jarum berbahan dasar minyak bumi, tetapi kedua jenis ini memiliki struktur dan aplikasi yang serupa. Akan tetapi, kokas jarum berbahan dasar minyak bumi memiliki biaya produksi yang lebih rendah dan kapasitas pasar yang lebih tinggi.
Grafitisasi kokas jarum melibatkan proses seperti penumpasan, menggiling, modifikasi permukaan, perlakuan panas, dan modifikasi permukaan, mirip dengan grafitasi batu bara. Kokas jarum, sebagai karbon lunak dengan konduktivitas listrik tinggi dan pengotor rendah, umumnya digunakan dalam baterai lithium-ion. Akan tetapi, kapasitas teoritisnya rendah, dan penggunaannya dalam baterai memerlukan grafitasi suhu tinggi untuk menjadi grafit buatan.
Penelitian terhadap bahan anoda berbasis kokas jarum untuk baterai litium-ion difokuskan pada modifikasi dan teknik komposit untuk meningkatkan kapasitas dan mengurangi biaya, guna memenuhi permintaan yang terus meningkat akan baterai dengan kepadatan energi tinggi, pengisian cepat, dan aman.
Aplikasi Needle Coke di Berbagai Bidang
Kokas jarum memiliki tiga kegunaan utama: elektroda berdaya tinggi, bahan karbon khusus, dan anoda baterai lithium-ion. Elektroda grafit berdaya tinggi yang terbuat dari kokas jarum digunakan dalam tanur busur listrik untuk pembuatan baja. Pembuatan baja tanur busur listrik memiliki keunggulan seperti polusi rendah dan konsumsi energi rendah. Elektroda grafit berdaya tinggi yang terbuat dari kokas jarum memiliki ekspansi termal rendah, konduktivitas listrik tinggi, dan kekuatan mekanis tinggi.
Elektroda ini secara efisien memanaskan dan melelehkan logam dalam tanur busur listrik. Sebagai bahan anoda, kokas jarum, sebagai karbon lunak, mudah digrafitisasi dan berbiaya rendah. Setelah perlakuan panas suhu tinggi, ia membentuk grafit buatan dengan stabilitas siklus yang baik dan kapasitas spesifik yang tinggi.
Aplikasi Kokas Acicular pada Elektroda Grafit
Elektroda grafit terutama digunakan dalam tanur busur listrik, tanur busur terendam, dan tanur resistansi. Pembuatan baja tanur busur listrik lebih ramah lingkungan daripada pembuatan baja tanur sembur, yang mengarah pada kebijakan yang menguntungkan di banyak negara. Skala pembuatan baja tanur busur listrik yang semakin berkembang telah mendorong permintaan elektroda grafit. Saat ini, pembuatan baja tanur busur listrik bergerak menuju tanur yang lebih besar dan berdaya sangat tinggi. Akibatnya, persyaratan untuk elektroda grafit menjadi lebih ketat. Karena arus maksimum yang diizinkan untuk elektroda grafit tanur busur listrik berkorelasi positif dengan diameternya, pengembangan elektroda grafit berdiameter besar sangat penting. Memproduksi elektroda grafit berdiameter besar memerlukan kokas jarum berkualitas tinggi.
Aplikasi Kokas Acicular pada Elektroda Negatif Baterai Ion Logam Alkali
Saat ini, baterai alkali metal-ion terutama meliputi baterai lithium-ion, sodium-ion, dan potassium-ion. Baterai lithium-ion banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Baterai sodium-ion dan potassium-ion telah menarik perhatian khusus sebagai sistem penyimpanan energi alternatif.
Baterai ion logam alkali terutama terdiri dari katoda, anoda, elektrolit, pemisah, dan casing baterai. Bahan anoda, sebagai komponen utama, sangat memengaruhi kinerja baterai secara keseluruhan. Untuk baterai ion litium, bahan anoda komersial meliputi grafit buatan dan grafit alami, dengan grafit buatan mencakup 80%. Grafit buatan dapat dibagi menjadi kokas berbasis minyak dan kokas berbasis batu bara. Kokas berbasis minyak dapat dibagi lagi menjadi kokas minyak bumi dan kokas jarum. Bahan anoda yang terbuat dari kokas jarum memiliki bahan kimia stabilitas, kapasitas tinggi, dan konduktivitas yang sangat baik. Mereka digunakan untuk memproduksi material elektroda dengan kepadatan tekanan tinggi dan kepadatan energi tinggi.
Aplikasi Needle Coke pada Superkapasitor
Dalam beberapa tahun terakhir, superkapasitor, sebagai perangkat penyimpanan energi yang menggabungkan karakteristik kapasitor dan baterai, telah menarik perhatian. Kapasitor menawarkan kepadatan energi yang lebih tinggi daripada kapasitor tradisional dan kepadatan daya yang lebih tinggi daripada baterai sekunder, dengan siklus hidup yang lebih lama daripada baterai sekunder. Superkapasitor dapat digunakan untuk pemulihan dan pelepasan energi selama penyalaan, akselerasi, dan pengereman berbagai kendaraan. Dalam kebanyakan kasus, superkapasitor dikombinasikan dengan baterai sekunder atau sel bahan bakar dengan kepadatan energi tinggi untuk membentuk sistem tenaga hibrida. Kombinasi ini memenuhi persyaratan kendaraan energi baru untuk tingkat pengisian daya yang tinggi, kapasitas spesifik yang tinggi, dan efisiensi pemulihan energi yang tinggi.
Needle Coke untuk Persiapan Graphena
Grafena memiliki sifat optik, listrik, dan mekanik yang sangat baik, dengan aplikasi yang luas dalam ilmu material, energi, dan biomedis. Metode persiapan utama untuk grafena meliputi pengelupasan mekanis, pertumbuhan epitaksial pada silikon karbida, pengelupasan pelarut, pengelupasan kimia (oksidasi/reduksi), dan pengendapan uap kimia (CVD). Namun, sebagian besar metode ini, seperti pengelupasan mekanis dan pengelupasan pelarut, biasanya digunakan di laboratorium. Metode CVD, meskipun efektif, memiliki proses yang relatif rumit dan biaya yang lebih tinggi.
Needle Coke untuk Industri Fotovoltaik
Sel surya peka-warna (DSSC) muncul sebagai perangkat fotovoltaik baru dan menjadi pusat penelitian. Dibandingkan dengan sel surya tradisional, DSSC memiliki keunggulan seperti masa pakai yang lebih panjang (15–20 tahun), produksi industri skala besar yang mudah, siklus pemulihan energi yang pendek, biaya produksi yang lebih rendah (hanya 1/10 hingga 1/5 dari sel surya silikon), dan proses produksi yang tidak beracun dan bebas polusi. Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah menemukan bahwa kokas jarum memiliki konduktivitas yang tinggi, tahan panas, tahan korosi, dan aktivitas elektrokatalitik untuk triiodida. Selain itu, biayanya yang rendah menjadikannya bahan elektroda yang menjanjikan untuk sel surya peka-warna.
Kesimpulan
Needle coke, bahan karbon yang sangat teratur, sangat penting untuk baterai lithium-ion berkinerja tinggi karena konduktivitasnya yang sangat baik dan tingkat pengotor yang rendah. Menggabungkan modifikasi penggilingan mengoptimalkan struktur partikelnya, meningkatkan kapasitas dan mengurangi pemrosesan yang membutuhkan banyak energi, sejalan dengan tuntutan baterai yang berkelanjutan dan berenergi tinggi.
Bubuk Epik, 20+ tahun pengalaman kerja di industri bubuk ultrafine. Secara aktif mempromosikan pengembangan bubuk ultra-fine di masa depan, dengan fokus pada proses penghancuran, penggilingan, pengklasifikasian, dan modifikasi bubuk ultra-fine. Hubungi kami untuk konsultasi gratis dan solusi yang disesuaikan! Tim ahli kami berdedikasi untuk menyediakan produk dan layanan berkualitas tinggi guna memaksimalkan nilai pemrosesan bubuk Anda. Epic Powder—Ahli Pemrosesan Bubuk Tepercaya Anda!