Naaldcoke is een hoogwaardig koolstofmateriaal met een metaalachtige glans en een zilvergrijze kleur. De oppervlaktetextuur is vezelig of naaldachtig en voelt glad aan. Het bevat kleine, ovaalvormige poriën aan de binnenkant. Naaldcoke Bestaat uit grote moleculaire polycyclische aromatische koolwaterstoffen met vlakke aromatische lagen. Het heeft een grafietachtige microkristallijne structuur met een hoge eenheidsoriëntatie. De microscopische structuur volgt het Franklin-model en is een typische grafitiseerbare koolstof. Het is een ideaal materiaal voor de bereiding van poreuze koolstof. Bij verhitting boven 2000 °C vormt het grafietachtige gelaagde structuren.
Vanwege de uitstekende elektrische geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid, lage thermische uitzetting en thermische schokbestendigheid wordt naaldcokes veel gebruikt in grafietelektroden voor de staalproductie, de lucht- en ruimtevaart en andere sectoren. Het is de afgelopen jaren wereldwijd een hot topic geworden in de materiaalkunde.
Naaldcokes kunnen worden ingedeeld in steenkool- en aardoliecokes, afhankelijk van de grondstofbron. Steenkool-naaldcokes wordt geproduceerd door carbonisatie van koolteer, koolteerpek of flashdestillatieolie bij hoge temperatuur.
Naaldcokes op basis van aardolie wordt geproduceerd door carbonisatie bij hoge temperatuur van ethyleenteer, restolie uit vacuüm- en thermisch kraken, of katalytisch gekraakte olieslurry. Door het lage zwavelgehalte, het lage asgehalte, het lage metaalgehalte en de gemakkelijke grafitisatie is het momenteel de belangrijkste grondstof voor kunstmatig grafiet. De productiekosten zijn echter hoog en er gelden strenge grondstofeisen.
Bereiding van naaldcokes
Naaldcokes wordt geproduceerd door middel van carbonisatie in de vloeibare fase, waarbij grondstoffen geleidelijk pyrolyseren en polymeriseren tot mesofasebolletjes. Deze bolletjes groeien, smelten samen, oriënteren zich en verkolen uiteindelijk tot een vezelachtige naaldachtige structuur. Het productieproces omvat voorbehandeling van de grondstof, vertraagde cokesvorming en calcinatie.
Vertraagde cokesvorming, de belangrijkste fase van cokesvorming, omvat destillatie en carbonisatie, wat resulteert in verfijnde pek en cokes. Calcinatie verwijdert vluchtige stoffen en vocht om de werkelijke dichtheid te verbeteren.
Naaldcokes op basis van steenkool vereist een strengere voorbehandeling dan naaldcokes op basis van aardolie, maar beide soorten zijn qua structuur en toepassingen vergelijkbaar. Naaldcokes op basis van aardolie heeft echter lagere productiekosten en een hogere marktcapaciteit.
Grafitisering van naaldcokes omvat processen zoals verpletteren, slijpen, oppervlakte modificatie, warmtebehandeling en oppervlaktemodificatie, vergelijkbaar met het grafitiseren van steenkool. Naaldcokes, een zachte koolstof met een hoge elektrische geleidbaarheid en weinig onzuiverheden, wordt vaak gebruikt in lithium-ionbatterijen. Het heeft echter een lage theoretische capaciteit en voor gebruik in batterijen is grafitisatie bij hoge temperatuur vereist om kunstmatig grafiet te vormen.
Onderzoek naar anodematerialen op basis van naaldcokes voor lithiumionbatterijen richt zich op modificatie- en composiettechnieken om de capaciteit te verbeteren en de kosten te verlagen. Hiermee wordt ingespeeld op de groeiende vraag naar batterijen met een hoge energiedichtheid, die snel kunnen worden opgeladen en veilig zijn.
Toepassing van naaldcokes in verschillende vakgebieden
Naaldcokes kent drie belangrijke toepassingen: hoogvermogenelektroden, speciale koolstofmaterialen en anodes voor lithium-ionbatterijen. Hoogvermogengrafietelektroden gemaakt van naaldcokes worden gebruikt in vlamboogovens voor de staalproductie. Staalproductie in vlamboogovens biedt voordelen zoals lage vervuiling en een laag energieverbruik. Hoogvermogengrafietelektroden gemaakt van naaldcokes hebben een lage thermische uitzetting, een hoge elektrische geleidbaarheid en een hoge mechanische sterkte.
Deze elektroden verwarmen en smelten metalen efficiënt in vlamboogovens. Als anodemateriaal is naaldcokes, als zachte koolstof, gemakkelijk te grafitiseren en goedkoop. Na een warmtebehandeling bij hoge temperatuur vormt het kunstmatig grafiet met een goede cyclusstabiliteit en een hoge specifieke capaciteit.
Toepassing van aciculair cokes in grafietelektroden
Grafietelektroden worden voornamelijk gebruikt in elektrische vlamboogovens, ondergedompelde vlamboogovens en weerstandsovens. Staalproductie in elektrische vlamboogovens is milieuvriendelijker dan staalproductie in hoogovens, wat in veel landen tot gunstige beleidsmaatregelen leidt. De groeiende schaal van staalproductie in elektrische vlamboogovens heeft de vraag naar grafietelektroden doen toenemen. Momenteel beweegt de staalproductie in elektrische vlamboogovens zich richting grotere ovens met een ultrahoog vermogen. Als gevolg hiervan worden de eisen aan grafietelektroden strenger. Omdat de maximaal toegestane stroomsterkte voor grafietelektroden in elektrische vlamboogovens positief gecorreleerd is met hun diameter, is de ontwikkeling van grafietelektroden met een grote diameter essentieel. De productie van grafietelektroden met een grote diameter vereist hoogwaardige naaldcokes.
Toepassing van naaldvormige cokes in de negatieve elektrode van een alkalimetaalionbatterij
Momenteel bestaan alkalimetaalionbatterijen voornamelijk uit lithium-ion-, natrium-ion- en kalium-ionbatterijen. Lithium-ionbatterijen worden veel gebruikt in het dagelijks leven. Natrium-ion- en kalium-ionbatterijen hebben speciale aandacht getrokken als alternatieve energieopslagsystemen.
Alkalimetaalionbatterijen bestaan voornamelijk uit een kathode, anode, elektrolyt, separator en batterijbehuizing. Het anodemateriaal, als belangrijkste component, heeft een grote invloed op de algehele prestaties van de batterij. Voor lithiumionbatterijen omvatten commerciële anodematerialen kunstmatig grafiet en natuurlijk grafiet, waarbij kunstmatig grafiet verantwoordelijk is voor 80%. Kunstmatig grafiet kan worden onderverdeeld in op olie gebaseerde cokes en op steenkool gebaseerde cokes. Op olie gebaseerde cokes kan verder worden onderverdeeld in petroleumcokes en naaldcokes. Anodematerialen gemaakt van naaldcokes hebben goede chemisch Stabiliteit, hoge capaciteit en uitstekende geleidbaarheid. Ze worden gebruikt voor de productie van elektrodematerialen met een hoge persdichtheid en hoge energiedichtheid.
Toepassing van naaldcokes in supercondensatoren
De laatste jaren is er veel aandacht besteed aan supercondensatoren, als energieopslagapparatuur die de eigenschappen van zowel condensatoren als batterijen combineert. Ze bieden een hogere energiedichtheid dan traditionele condensatoren en een hogere vermogensdichtheid dan secundaire batterijen, met een cycluslevensduur die meer dan een orde van grootte langer is dan die van secundaire batterijen. Supercondensatoren kunnen worden gebruikt voor energieterugwinning en -afgifte tijdens het starten, accelereren en remmen van diverse voertuigen. In de meeste gevallen worden supercondensatoren gecombineerd met secundaire batterijen of brandstofcellen met een hoge energiedichtheid om hybride aandrijfsystemen te vormen. Deze combinatie voldoet aan de eisen van nieuwe energievoertuigen voor hoge laadsnelheden, een hoge specifieke capaciteit en een hoog rendement op energieterugwinning.
Naaldcoke voor de bereiding van grafeen
Grafeen heeft uitstekende optische, elektrische en mechanische eigenschappen en kent brede toepassingen in de materiaalkunde, energie en biomedische sector. De belangrijkste bereidingsmethoden voor grafeen zijn mechanische exfoliatie, epitaxiale groei op siliciumcarbide, oplosmiddelexfoliatie, chemische exfoliatie (oxidatie/reductie) en chemische dampdepositie (CVD). De meeste van deze methoden, zoals mechanische exfoliatie en oplosmiddelexfoliatie, worden echter meestal in laboratoria gebruikt. De CVD-methode is weliswaar effectief, maar is een relatief complex proces en duurder.
Naaldcokes voor de fotovoltaïsche industrie
Kleurstofgevoelige zonnecellen (DSSC's) ontwikkelen zich tot een nieuw fotovoltaïsch apparaat en zijn een steeds populairder onderzoeksgebied. Vergeleken met traditionele zonnecellen bieden DSSC's voordelen zoals een langere levensduur (15-20 jaar), eenvoudige grootschalige industriële productie, een korte energieterugwinningscyclus, lagere productiekosten (slechts 1/10 tot 1/5 van siliciumzonnecellen) en niet-toxische, vervuilingsvrije productieprocessen. In de afgelopen jaren hebben onderzoekers ontdekt dat naaldcokes een hoge geleidbaarheid, hittebestendigheid, corrosiebestendigheid en elektrokatalytische activiteit voor trijodide hebben. Bovendien maken de lage kosten het een veelbelovend elektrodemateriaal voor kleurstofgevoelige zonnecellen.
Conclusie
Naaldcokes, een zeer geordend koolstofmateriaal, is essentieel voor hoogwaardige lithium-ionbatterijen vanwege de uitstekende geleidbaarheid en lage verontreinigingsgraad. Door de combinatie van maalmodificatie wordt de deeltjesstructuur geoptimaliseerd, de capaciteit vergroot en de energie-intensieve verwerking verminderd, wat aansluit bij de eisen van duurzame, energiezuinige batterijen.
Episch poeder, 20+ jaar werkervaring in de ultrafijne poederindustrie. Actief promoten van de toekomstige ontwikkeling van ultrafijn poeder, met de focus op het breken, malen, classificeren en modificatieproces van ultrafijn poeder. Neem contact met ons op voor een gratis consult en op maat gemaakte oplossingen! Ons deskundige team is toegewijd aan het leveren van hoogwaardige producten en diensten om de waarde van uw poederverwerking te maximaliseren. Epic Powder—Uw vertrouwde poederverwerkingsexpert!