Игольчатый кокс это высокоэффективный углеродный материал с металлическим блеском и серебристо-серым цветом. Его поверхностная текстура волокнистая или игольчатая, скользкая на ощупь. Внутри он содержит небольшие овальные поры. Игольчатый кокс Состоит из крупных молекулярных полициклических ароматических углеводородов с плоскими ароматическими слоями. Имеет графитоподобную микрокристаллическую структуру с высокой ориентацией единиц. Микроскопическая структура следует модели Франклина и является типичным графитизируемым углеродом. Это идеальный материал для приготовления пористого углерода. При нагревании выше 2000°C образует графитоподобные слоистые структуры.
Благодаря своей превосходной электропроводности, теплопроводности, низкому тепловому расширению и стойкости к тепловому удару игольчатый кокс широко используется в сталеплавильных графитовых электродах, аэрокосмической отрасли и других областях. В последние годы он стал горячей темой исследований в области материаловедения во всем мире.
Игольчатые коксы можно разделить на угольные и нефтяные, в зависимости от источника сырья. Игольчатые коксы на угольной основе производятся путем высокотемпературной карбонизации каменноугольной смолы, каменноугольного пека или масляной флэш-перегонки.
Игольчатый кокс на основе нефти получают путем высокотемпературной карбонизации этиленовой смолы, остаточного масла вакуумного и термического крекинга или масляного шлама каталитического крекинга. Благодаря низкому содержанию серы, золы, металла и легкой графитизации в настоящее время он является основным сырьем для искусственного графита. Однако себестоимость его производства высока, а требования к сырью строгие.
Приготовление игольчатого кокса
Игольчатый кокс производится путем жидкофазной карбонизации, постепенно пиролизируя и полимеризуя сырье с образованием мезофазных сфер, которые затем растут, сливаются, ориентируются и, наконец, карбонизируются в волокнистую игольчатую структуру. Процесс производства включает предварительную обработку сырья, замедленное коксование и прокалку.
Замедленное коксование, основная стадия коксования, включает дистилляцию и карбонизацию, производя очищенный пек и кокс. Прокаливание удаляет летучие вещества и влагу для улучшения истинной плотности.
Игольчатые коксы на основе угля требуют более строгой предварительной обработки, чем игольчатые коксы на основе нефти, но оба типа схожи по структуре и применению. Однако игольчатые коксы на основе нефти имеют более низкие производственные затраты и более высокую рыночную емкость.
Графитация игольчатого кокса включает такие процессы, как дробление, шлифовка, модификация поверхности, термическая обработка и модификация поверхности, аналогичные графитизации угля. Игольчатый кокс, как мягкий углерод с высокой электропроводностью и низким содержанием примесей, обычно используется в литий-ионных аккумуляторах. Однако он имеет низкую теоретическую емкость, и его использование в аккумуляторах требует высокотемпературной графитизации для получения искусственного графита.
Исследования анодных материалов на основе игольчатого кокса для литий-ионных аккумуляторов сосредоточены на модификациях и композитных технологиях для повышения емкости и снижения затрат, удовлетворяя растущий спрос на аккумуляторы с высокой плотностью энергии, быстрой зарядкой и безопасностью.
Применение игольчатого кокса в различных областях
Игольчатый кокс имеет три основных применения: высокомощные электроды, специальные углеродные материалы и аноды литий-ионных аккумуляторов. Высокомощные графитовые электроды, изготовленные из игольчатого кокса, используются в электродуговых печах для выплавки стали. Электродуговое производство стали имеет такие преимущества, как низкий уровень загрязнения и низкое потребление энергии. Высокомощные графитовые электроды, изготовленные из игольчатого кокса, имеют низкое тепловое расширение, высокую электропроводность и высокую механическую прочность.
Эти электроды эффективно нагревают и плавят металлы в электродуговых печах. В качестве анодного материала игольчатый кокс, как мягкий углерод, легко графитируется и имеет низкую стоимость. После высокотемпературной термообработки он образует искусственный графит с хорошей циклической стабильностью и высокой удельной емкостью.
Применение игольчатого кокса в графитовых электродах
Графитовые электроды в основном используются в электродуговых печах, печах с погруженной дугой и печах сопротивления. Производство стали в электродуговых печах более экологично, чем в доменных печах, что приводит к благоприятной политике во многих странах. Растущие масштабы производства стали в электродуговых печах привели к росту спроса на графитовые электроды. В настоящее время производство стали в электродуговых печах движется в сторону более крупных и сверхмощных печей. В результате требования к графитовым электродам становятся более строгими. Поскольку максимально допустимый ток для графитовых электродов в электродуговых печах положительно коррелирует с их диаметром, разработка графитовых электродов большого диаметра имеет важное значение. Производство графитовых электродов большого диаметра требует высококачественного игольчатого кокса.
Применение игольчатого кокса в отрицательном электроде щелочно-металлического аккумулятора
В настоящее время щелочно-металлические батареи в основном включают литий-ионные, натрий-ионные и калий-ионные батареи. Литий-ионные батареи широко используются в повседневной жизни. Натрий-ионные и калий-ионные батареи привлекли особое внимание как альтернативные системы хранения энергии.
Щелочно-металлические батареи в основном состоят из катода, анода, электролита, сепаратора и корпуса батареи. Анодный материал, как ключевой компонент, сильно влияет на общую производительность батареи. Для литий-ионных батарей коммерческие анодные материалы включают искусственный графит и натуральный графит, причем искусственный графит составляет 80%. Искусственный графит можно разделить на нефтяной кокс и угольный кокс. Нефтяной кокс можно далее разделить на нефтяной кокс и игольчатый кокс. Анодные материалы, изготовленные из игольчатого кокса, имеют хорошие химический стабильность, высокая емкость и отличная проводимость. Они используются для производства материалов для электродов с высокой плотностью прессования и высокой плотностью энергии.
Применение игольчатого кокса в суперконденсаторах
В последние годы суперконденсаторы, как устройства хранения энергии, сочетающие в себе характеристики как конденсаторов, так и батарей, привлекли внимание. Они обеспечивают более высокую плотность энергии, чем традиционные конденсаторы, и более высокую плотность мощности, чем вторичные батареи, с циклическим сроком службы более чем на порядок больше, чем у вторичных батарей. Суперконденсаторы могут использоваться для рекуперации и высвобождения энергии во время запуска, ускорения и торможения различных транспортных средств. В большинстве случаев суперконденсаторы объединяются с вторичными батареями или топливными элементами с высокой плотностью энергии для формирования гибридных систем питания. Такое сочетание отвечает требованиям новых энергетических транспортных средств к высоким скоростям зарядки, высокой удельной емкости и высокой эффективности рекуперации энергии.
Игольчатый кокс для получения графена
Графен обладает превосходными оптическими, электрическими и механическими свойствами, широко применяется в материаловедении, энергетике и биомедицине. Основные методы подготовки графена включают механическое шелушение, эпитаксиальный рост на карбиде кремния, шелушение растворителем, химическое шелушение (окисление/восстановление) и химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Однако большинство этих методов, таких как механическое шелушение и шелушение растворителем, обычно используются в лабораториях. Метод CVD, хотя и эффективен, имеет относительно сложный процесс и более высокую стоимость.
Игольчатый кокс для фотоэлектрической промышленности
Сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC) появляются как новое фотоэлектрическое устройство и становятся горячей точкой исследований. По сравнению с традиционными солнечными элементами, DSSC имеют такие преимущества, как более длительный срок службы (15–20 лет), простота крупномасштабного промышленного производства, короткий цикл рекуперации энергии, более низкая себестоимость производства (всего от 1/10 до 1/5 кремниевых солнечных элементов) и нетоксичные, экологически чистые производственные процессы. В последние годы исследователи обнаружили, что игольчатый кокс обладает высокой проводимостью, термостойкостью, коррозионной стойкостью и электрокаталитической активностью для трииодида. Кроме того, его низкая стоимость делает его перспективным электродным материалом для сенсибилизированных красителем солнечных элементов.
Заключение
Игольчатый кокс, высокоупорядоченный углеродный материал, жизненно важен для высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов благодаря своей превосходной проводимости и низкому содержанию примесей. Сочетание измельчения и модификации оптимизирует структуру частиц, повышая емкость и сокращая энергоемкую обработку, что соответствует требованиям к устойчивым, высокоэнергетическим аккумуляторам.
Эпический порошок, более 20 лет опыта работы в отрасли сверхтонких порошков. Активно продвигаем будущее развитие сверхтонких порошков, уделяя особое внимание процессам дробления, измельчения, классификации и модификации сверхтонких порошков. Свяжитесь с нами для бесплатной консультации и индивидуальных решений! Наша команда экспертов стремится предоставлять высококачественные продукты и услуги для максимизации ценности вашей обработки порошков. Epic Powder — ваш надежный эксперт по обработке порошков!