گرافیت در سیستم های هیدروژنی و پیل های سوختی
انرژی هیدروژن به موادی بستگی دارد که در یک محیط سخت رسانا و از نظر شیمیایی پایدار می مانند. در سلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون، اجزای مبتنی بر گرافیت عمدتاً برای صفحات دوقطبی، لایه‌های انتشار گاز و سایر قطعات رسانا استفاده می‌شوند. مزایای آنها مستقیم است: هدایت الکتریکی خوب برای انتقال جریان کارآمد، مقاومت در برابر خوردگی در محیط اسیدی، مرطوب پشته، استحکام مکانیکی کافی و طول عمر عملیاتی طولانی.
مواد کربن متخلخل همچنین برای ذخیره‌سازی هیدروژن مورد مطالعه قرار می‌گیرند، جایی که سطح بالا و ساختار منافذ قابل تنظیم از جذب فیزیکی پشتیبانی می‌کنند و می‌توانند به سیستم‌های ذخیره‌سازی سبک‌تر کمک کنند.
گرافیت به عنوان آند در باتری‌های لیتیوم{0} یونی
گرافیت ماده آند غالب در سلول‌های یونی لیتیوم{0}}تجاری باقی می‌ماند. ساختار کریستالی لایه ای آن اجازه می دهد تا یون های لیتیوم به طور موثر در هنگام شارژ و تخلیه وارد شده و استخراج شوند، که ظرفیت برگشت پذیری بالا همراه با پایداری چرخه عالی را به ارمغان می آورد. در مقایسه با مواد آند جایگزین، گرافیت همچنین از فناوری تولید بالغ، زنجیره تامین قابل اعتماد و موقعیت هزینه رقابتی بهره می برد.
گرافیت الکترود منفی برای سلول‌های یونی لیتیوم{0} معمولاً در برابر GB/T 24533 مشخص و آزمایش می‌شود که ویژگی‌هایی مانند توزیع اندازه ذرات، مساحت سطح ویژه، چگالی شیر، محتوای رطوبت و عملکرد الکتروشیمیایی را پوشش می‌دهد.
وسایل نقلیه برقی- چگالی انرژی بالا و عمر چرخه طولانی تحت شارژ جزئی مکرر.
شبکه و ذخیره انرژی صنعتی- ظرفیت پایدار در هزاران چرخه و پیری قابل پیش بینی.
لوازم الکترونیکی مصرفی- چگالی انرژی حجمی ثابت در سلول‌های نازک.
ابرخازن ها، سلول های خورشیدی و نیروی باد
فراتر از باتری‌ها و سلول‌های سوختی، گرافیت و مواد کربنی در سراسر چشم‌انداز وسیع‌تر انرژی جدید ظاهر می‌شوند. الکترودهای ابرخازن بر همان ترکیبی از رسانایی، مساحت سطح و پایداری چرخه که در بالا توضیح داده شد متکی هستند. در فتوولتائیک، لایه‌های کربن به‌عنوان الکترودهای پشتی در سلول‌های پروسکایت و به‌عنوان الکترود ضد در سلول‌های حساس به رنگ عمل می‌کنند و با هزینه کمتر جایگزین فلزات گرانبها می‌شوند و در عین حال با فرآیندهای چاپ و پوشش سازگار هستند.
در ژنراتورهای توربین بادی، اجزای کربن و گرافیت برای برس‌های رسانا، مواد تماس حلقه‌ای لغزش{0} و قطعات انتقال جریان استفاده می‌شوند، جایی که رسانایی، مقاومت در برابر سایش و عملکرد پایدار تحت حرکت مداوم، قابلیت اطمینان تجهیزات و عمر مفید را بهبود می‌بخشد.
| برنامه | نقش گرافیت | مزیت اصلی |
|---|---|---|
| باتری لیتیوم- | ماده فعال آند | ظرفیت برگشت پذیر بالا و پایداری چرخه |
| پیل سوختی هیدروژنی | صفحات دوقطبی و لایه های انتشار گاز | رسانایی با مقاومت در برابر خوردگی |
| ابرخازن | مواد الکترود و افزودنی رسانا | چگالی توان بالا و عمر طولانی |
| سلول خورشیدی | الکترود پشت و الکترود ضد | کم هزینه با پایداری شیمیایی خوب |
| نیروی باد | اجزای رسانا و سایش | انتقال جریان قابل اعتماد |
جایی که مواد گرافیت در حال حرکت هستند
کار توسعه گرافیت برای کاربردهای انرژی جدید در سه جهت متمرکز است. هدف اصلاح سطح بهبود عملکرد الکتریکی، پایداری شیمیایی و سازگاری رابط با الکترولیت ها و بایندرها است. بهینه‌سازی ساختاری ساختارهای گرافیت پیشرفته، کربن‌های متخلخل و کامپوزیت‌های-با کارایی بالا با قابلیت نرخ بهتر را دنبال می‌کند. توسعه کامپوزیت گرافیت را با مواد مکمل ترکیب می کند تا همزمان بازده انرژی، دوام و ایمنی را افزایش دهد.
برای تولیدکنندگان، این روندها به مشخصات دقیق تر خلوص، اندازه ذرات و شرایط سطح ترجمه می شود، زیرا عملکرد دستگاه به طور فزاینده ای توسط رابط الکترود-الکترولیت به جای مواد توده به تنهایی محدود می شود. گرافیت مصنوعی با گرافیت سازی در دمای بالای 2500 درجه تولید می شود و کنترل این فرآیند چیزی است که بلورینگی ثابت، خاکستر کم و رفتار الکتریکی قابل تکرار را ممکن می سازد.
نحوه انتخاب گرافیت برای پروژه انرژی نو
انتخاب از دستگاه شروع می شود، نه از برگه اطلاعات مواد. یک آند باتری حول ظرفیت برگشت پذیر و بازده چرخه اول مشخص شده است. یک صفحه دوقطبی در اطراف سفتی گاز، جریان خوردگی و رسانایی صفحه از طریق-. یک الکترود ابرخازن در اطراف سطح، رسانایی و محتوای خاکستر. در هر مورد، خریدار باید روش‌های آزمایش را با تامین‌کننده به توافق برساند، پارامترهای حیاتی را در یک محدوده کنترل‌شده نگه دارد و دسته به دسته آنها را تأیید کند.
محصولات الکترود گرافیتی صنعتی برای استفاده در کوره و فرآیند معمولاً به GB/T 3072 با ابعاد و نام‌گذاری ارجاع‌شده به IEC 60239 تحویل داده می‌شوند، و همان نظم خصوصیات تعریف‌شده به‌علاوه آزمایش تأیید شده برای گریدهای توسعه‌یافته برای کاربردهای انرژی اعمال می‌شود.
سوالات متداول
س: چرا گرافیت به عنوان ماده آند لیتیوم{0}} ترجیح داده می شود؟
ساختار لایه‌ای آن امکان وارد کردن و استخراج کارآمد یون‌های لیتیوم را می‌دهد، که ظرفیت برگشت‌پذیر بالا، ثبات چرخه خوب و زنجیره تامین بالغ-پرهزینه را می‌دهد.
س: چه چیزی گرافیت را برای صفحات دوقطبی پیل سوختی مناسب می کند؟
رسانایی الکتریکی را با مقاومت در برابر خوردگی در محیط اسیدی و مرطوب ترکیب می‌کند و می‌توان آن را در صفحاتی با کانال‌های گاز یکپارچه قالب‌گیری یا ماشینکاری کرد.
س: آیا می توان از گرافیت برای ذخیره سازی هیدروژن استفاده کرد؟
مواد کربن متخلخل به طور فعال برای جذب هیدروژن مورد تحقیق قرار می گیرند. سطح بالای و ساختار منافذ آنها مزایای بالقوه ای را ارائه می دهد، اگرچه این فناوری هنوز در حال توسعه است.
س: گرافیت چگونه به سلول های خورشیدی کمک می کند؟
لایه‌های کربن به‌عنوان الکترودهای پشتی در سلول‌های پروسکایت و به‌عنوان الکترود متقابل در سلول‌های حساس به رنگ عمل می‌کنند و رسانایی و پایداری شیمیایی را با هزینه کمتری نسبت به فلزات گرانبها ارائه می‌کنند.
س: گرافیت کجا در تجهیزات برق باد استفاده می شود؟
برس‌های رسانا، تماس‌های حلقه‌ای{0}}و اجزای انتقال جریان برای رسانایی، مقاومت در برابر سایش و عملکرد پایدار تحت حرکت مداوم به گرافیت متکی هستند.
س: کدام ویژگی ها باید در مشخصات خرید ثابت شوند؟
توزیع اندازه ذرات، سطح ویژه، چگالی شیر، محتوای خاکستر و گوگرد، رطوبت و مقاومت الکتریکی پارامترهای معمولی هستند که هر کدام به یک روش آزمایش توافق شده مرتبط هستند.