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.
Alkali metal-ion batteries mainly consist of cathode, anode, electrolyte, separator, and battery casing. The anode material, as a key component, greatly affects the overall performance of the battery. For lithium-ion batteries, commercial anode materials include artificial graphite and natural graphite, with artificial graphite accounting for 80%. Artificial graphite can be divided into oil-based coke and coal-based coke. Oil-based coke can be further divided into petroleum coke and needle coke. Anode materials made from needle coke have good chemical stability, high capacity, and excellent conductivity. They are used to produce high-press density, high-energy-density electrode materials.
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!