โค้กเข็ม เป็นวัสดุคาร์บอนประสิทธิภาพสูงที่มีความแวววาวแบบเมทัลลิกและสีเทาเงิน พื้นผิวมีลักษณะเป็นเส้นใยหรือคล้ายเข็ม ให้ความรู้สึกลื่น มีรูพรุนขนาดเล็กเป็นรูปวงรีอยู่ภายใน โค้กเข็ม ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกโพลีไซคลิกโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีชั้นอะโรมาติกแบน มีโครงสร้างไมโครคริสตัลลีนคล้ายกราไฟต์ที่มีการวางแนวหน่วยสูง โครงสร้างจุลภาคเป็นไปตามแบบจำลองของแฟรงคลินและเป็นคาร์บอนที่สามารถทำให้เป็นกราไฟต์ได้โดยทั่วไป เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการเตรียมคาร์บอนที่มีรูพรุน เมื่อถูกให้ความร้อนสูงกว่า 2,000°C จะเกิดโครงสร้างเป็นชั้นคล้ายกราไฟต์
เนื่องด้วยคุณสมบัติในการนำไฟฟ้า การนำความร้อน การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ และทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน โค้กเข็มจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเหล็ก อิเล็กโทรดกราไฟต์ การบินและอวกาศ และสาขาอื่นๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โค้กเข็มได้กลายเป็นหัวข้อการวิจัยที่ได้รับความสนใจอย่างมากในสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุทั่วโลก
ถ่านโค้กเข็มสามารถแบ่งได้เป็นประเภทถ่านโค้กจากถ่านหินและประเภทถ่านโค้กจากปิโตรเลียม ขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของวัตถุดิบ ถ่านโค้กเข็มจากถ่านหินผลิตขึ้นโดยการเผาถ่านที่อุณหภูมิสูงจากน้ำมันดินถ่านหิน น้ำมันดินถ่านหิน หรือน้ำมันกลั่นแบบแฟลช
โค้กเข็มที่ทำจากปิโตรเลียมผลิตขึ้นโดยการคาร์บอไนเซชันที่อุณหภูมิสูงของทาร์เอทิลีน น้ำมันที่เหลือจากการแตกร้าวด้วยสูญญากาศและความร้อน หรือสารละลายน้ำมันที่แตกร้าวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา เนื่องจากมีกำมะถันต่ำ เถ้าต่ำ ปริมาณโลหะต่ำ และกราไฟต์ได้ง่าย จึงทำให้โค้กเข็มนี้เป็นวัตถุดิบหลักสำหรับกราไฟต์เทียมในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม ต้นทุนการผลิตค่อนข้างสูง และมีข้อกำหนดด้านวัตถุดิบที่เข้มงวด
การเตรียมโค้กเข็ม
โค้กเข็มผลิตขึ้นโดยการเผาถ่านในเฟสของเหลว โดยค่อยๆ เผาและทำให้พอลิเมอร์วัตถุดิบเพื่อสร้างทรงกลมในเฟสกลาง จากนั้นโค้กเข็มจะเติบโต ผสาน ปรับทิศทาง และสุดท้ายเผาถ่านจนกลายเป็นโครงสร้างคล้ายเข็มที่มีเส้นใย กระบวนการผลิตประกอบด้วยการเตรียมวัตถุดิบ การเผาถ่านแบบล่าช้า และการเผา
การเผาถ่านแบบหน่วงเวลา ซึ่งเป็นขั้นตอนหลักของการเผาถ่านเกี่ยวข้องกับการกลั่นและการทำให้เป็นถ่าน ซึ่งทำให้เกิดน้ำมันดินและถ่านโค้กที่ผ่านการกลั่น การเผาถ่านจะขจัดสารระเหยและความชื้นออกไป เพื่อปรับปรุงความหนาแน่นที่แท้จริง
ถ่านโค้กเข็มที่ทำจากถ่านหินต้องผ่านกระบวนการเตรียมการที่เข้มงวดกว่าถ่านโค้กเข็มที่ทำจากปิโตรเลียม แต่ทั้งสองประเภทมีโครงสร้างและการใช้งานที่คล้ายคลึงกัน อย่างไรก็ตาม ถ่านโค้กเข็มที่ทำจากปิโตรเลียมมีต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่าและมีกำลังการผลิตในตลาดที่สูงกว่า
การสร้างกราฟิไทเซชันของเข็มโค้กเกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ เช่น การบดขยี้, การบด, การปรับเปลี่ยนพื้นผิวการอบชุบด้วยความร้อน และการปรับเปลี่ยนพื้นผิว คล้ายกับการกราไฟต์ด้วยถ่านหิน โค้กเข็มเป็นคาร์บอนอ่อนที่มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสูงและมีสิ่งเจือปนต่ำ มักใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน อย่างไรก็ตาม โค้กเข็มมีความจุทางทฤษฎีต่ำ และการใช้งานในแบตเตอรี่ต้องผ่านกระบวนการกราไฟต์ที่อุณหภูมิสูงจึงจะกลายเป็นกราไฟต์เทียมได้
การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุขั้วบวกที่ทำจากถ่านโค้กเข็มสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมุ่งเน้นไปที่การดัดแปลงและเทคนิคการประกอบเพื่อปรับปรุงความจุและลดต้นทุน โดยตอบสนองต่อความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นสำหรับแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูง การชาร์จเร็ว และความปลอดภัย
การประยุกต์ใช้ถ่านโค้กเข็มในสาขาต่างๆ
ถ่านโค้กเข็มมีการใช้งานหลักสามประการ ได้แก่ อิเล็กโทรดกำลังสูง วัสดุคาร์บอนพิเศษ และขั้วบวกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน อิเล็กโทรดกราไฟต์กำลังสูงที่ทำจากถ่านโค้กเข็มใช้ในเตาเผาไฟฟ้าสำหรับการผลิตเหล็กกล้า การผลิตเหล็กกล้าจากเตาเผาไฟฟ้ามีข้อดี เช่น มลพิษต่ำและใช้พลังงานต่ำ อิเล็กโทรดกราไฟต์กำลังสูงที่ทำจากถ่านโค้กเข็มมีการขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ การนำไฟฟ้าสูง และความแข็งแรงเชิงกลสูง
อิเล็กโทรดเหล่านี้ให้ความร้อนและหลอมโลหะในเตาเผาไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ โค้กเข็มเป็นวัสดุขั้วบวกซึ่งมีลักษณะเป็นคาร์บอนอ่อน จึงทำให้กราไฟต์เปลี่ยนรูปได้ง่ายและมีต้นทุนต่ำ หลังจากผ่านการอบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูงแล้ว จะสามารถสร้างกราไฟต์เทียมที่มีความเสถียรในการหมุนเวียนดีและมีความจุจำเพาะสูง
การประยุกต์ใช้โค้กรูปเข็มในอิเล็กโทรดกราไฟต์
อิเล็กโทรดกราไฟต์ส่วนใหญ่ใช้ในเตาเผาไฟฟ้า เตาเผาแบบจุ่ม และเตาต้านทาน การผลิตเหล็กด้วยเตาเผาไฟฟ้าเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าการผลิตเหล็กด้วยเตาถลุงเหล็ก ส่งผลให้มีนโยบายที่เอื้ออำนวยในหลายประเทศ การผลิตเหล็กด้วยเตาเผาไฟฟ้าที่มีขนาดเพิ่มขึ้นทำให้ความต้องการอิเล็กโทรดกราไฟต์เพิ่มสูงขึ้น ปัจจุบัน การผลิตเหล็กด้วยเตาเผาไฟฟ้ากำลังมุ่งหน้าสู่เตาเผาขนาดใหญ่และกำลังไฟฟ้าสูงมาก ส่งผลให้ข้อกำหนดสำหรับอิเล็กโทรดกราไฟต์เข้มงวดยิ่งขึ้น เนื่องจากกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตสำหรับอิเล็กโทรดกราไฟต์ในเตาเผาไฟฟ้ามีความสัมพันธ์ในเชิงบวกกับเส้นผ่านศูนย์กลาง การพัฒนาอิเล็กโทรดกราไฟต์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่จึงมีความจำเป็น การผลิตอิเล็กโทรดกราไฟต์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ต้องใช้โค้กเข็มคุณภาพสูง
การประยุกต์ใช้โค้กรูปเข็มในขั้วลบของแบตเตอรี่ไอออนโลหะอัลคาไล
ปัจจุบัน แบตเตอรี่อัลคาไลเมทัลไอออนประกอบด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โซเดียมไอออน และโพแทสเซียมไอออน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวัน แบตเตอรี่โซเดียมไอออนและโพแทสเซียมไอออนได้รับความสนใจเป็นพิเศษในฐานะระบบจัดเก็บพลังงานทางเลือก
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.
การประยุกต์ใช้เข็มโค้กในซุปเปอร์คาปาซิเตอร์
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ซูเปอร์คาปาซิเตอร์ซึ่งเป็นอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานที่ผสมผสานคุณลักษณะของทั้งตัวเก็บประจุและแบตเตอรี่ได้รับความสนใจมากขึ้น โดยให้ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่าตัวเก็บประจุแบบดั้งเดิมและความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่าแบตเตอรี่สำรอง โดยมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่สำรองมากกว่าหนึ่งระดับ ซูเปอร์คาปาซิเตอร์สามารถใช้เพื่อการกู้คืนและปล่อยพลังงานในระหว่างการสตาร์ท การเร่งความเร็ว และการเบรกของยานพาหนะต่างๆ ในกรณีส่วนใหญ่ ซูเปอร์คาปาซิเตอร์จะรวมเข้ากับแบตเตอรี่สำรองหรือเซลล์เชื้อเพลิงที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงเพื่อสร้างระบบพลังงานไฮบริด การผสมผสานนี้ตอบสนองข้อกำหนดของยานพาหนะพลังงานใหม่ที่ต้องการอัตราการชาร์จที่สูง ความจุจำเพาะสูง และประสิทธิภาพการกู้คืนพลังงานที่สูง
โค้กเข็มสำหรับการเตรียมกราฟีน
กราฟีนมีคุณสมบัติทางแสง ไฟฟ้า และกลไกที่ยอดเยี่ยม โดยมีการนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุ พลังงาน และชีวการแพทย์ วิธีการเตรียมกราฟีนหลักๆ ได้แก่ การขัดผิวด้วยกลไก การเจริญเติบโตแบบเอพิแทกเซียลบนซิลิกอนคาร์ไบด์ การขัดผิวด้วยตัวทำละลาย การขัดผิวด้วยสารเคมี (ออกซิเดชัน/รีดักชัน) และการสะสมไอเคมี (CVD) อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้ส่วนใหญ่ เช่น การขัดผิวด้วยกลไกและการขัดผิวด้วยตัวทำละลาย มักใช้ในห้องปฏิบัติการ วิธี CVD แม้จะมีประสิทธิภาพ แต่มีกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อนและมีต้นทุนที่สูงกว่า
โค้กเข็มสำหรับอุตสาหกรรมโฟโตวอลตาอิค
เซลล์แสงอาทิตย์ที่ไวต่อสีย้อม (DSSC) กำลังกลายมาเป็นอุปกรณ์โฟโตวอลตาอิกชนิดใหม่ และกำลังกลายเป็นจุดสนใจด้านการวิจัย เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์แบบเดิมแล้ว DSSC มีข้อได้เปรียบหลายประการ เช่น อายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า (15–20 ปี) การผลิตในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ทำได้ง่าย รอบการกู้คืนพลังงานสั้น ต้นทุนการผลิตต่ำกว่า (เพียง 1/10 ถึง 1/5 ของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิกอน) และกระบวนการผลิตที่ไม่เป็นพิษและปราศจากมลพิษ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยพบว่าถ่านโค้กเข็มมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าสูง ทนความร้อน ทนต่อการกัดกร่อน และมีกิจกรรมทางไฟฟ้าเร่งปฏิกิริยาสำหรับไตรไอโอไดด์ นอกจากนี้ ต้นทุนที่ต่ำยังทำให้ถ่านโค้กเข็มเป็นวัสดุอิเล็กโทรดที่มีแนวโน้มดีสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ที่ไวต่อสีย้อมอีกด้วย
บทสรุป
โค้กเข็มซึ่งเป็นวัสดุคาร์บอนที่มีลำดับสูง มีความสำคัญต่อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประสิทธิภาพสูง เนื่องจากมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและมีสิ่งเจือปนต่ำ การผสมผสานการปรับเปลี่ยนการบดจะช่วยปรับโครงสร้างอนุภาคให้เหมาะสม เพิ่มความจุ และลดการประมวลผลที่ใช้พลังงานมาก สอดคล้องกับความต้องการแบตเตอรี่ที่ยั่งยืนและใช้พลังงานสูง
ผงมหากาพย์ประสบการณ์การทำงานในอุตสาหกรรมผงละเอียดมากว่า 20 ปี ส่งเสริมการพัฒนาผงละเอียดมากในอนาคตอย่างแข็งขัน โดยเน้นที่กระบวนการบด การบด การจำแนก และการปรับเปลี่ยนผงละเอียดมาก ติดต่อเราเพื่อขอคำปรึกษาฟรีและโซลูชันที่ปรับแต่งได้! ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราทุ่มเทเพื่อจัดหาผลิตภัณฑ์และบริการคุณภาพสูงเพื่อเพิ่มมูลค่าให้กับการแปรรูปผงของคุณ Epic Powder—ผู้เชี่ยวชาญด้านการแปรรูปผงที่คุณวางใจได้!