أقطاب الجرافيت المسامية المتينة هي مواد موصلة تعتمد على الجرافيت، ويتم تشكيلها من خلال عملية خاصة لإنشاء هيكل مسامي مترابط ثلاثي الأبعاد.
1. الخصائص الأساسية
متانة عالية: مقاومة قوية للتآكل الكيميائي. لا يتحلل بسهولة حتى بعد الاستخدام طويل الأمد في البيئات الحمضية أو القلوية أو ذات درجات الحرارة العالية، مما يزيد من عمره الافتراضي بنسبة 30%-50% مقارنة بالأقطاب الكهربائية المعدنية التقليدية.
مسامية عالية: تصل المسامية إلى 22%-28%، مما يوفر مساحة سطح محددة أكبر ويعزز اختراق المنحل بالكهرباء وكفاءة نقل الأيونات.
الموصلية الممتازة: وراثة البنية البلورية ذات الطبقات للجرافيت، فهي توفر قنوات نقل إلكترون عالية الكفاءة، مع مقاومة منخفضة تصل إلى 45.7 × 10⁶ أوم·ملم، تقترب من مقاومة الجرافيت غير المسامي.
الاستقرار الحراري: يبلغ معامل التمدد الحراري (CTE) 2.16-3.24 × 10⁻⁶/درجة مئوية، وهو قابل للتكيف مع البيئات التي تشهد تغيرات جذرية في درجات الحرارة.
2. خصائص المظهر
اللون والملمس: من الرمادي الداكن إلى الأسود، يُظهر سطح أقطاب الجرافيت المسامية بنية مسامية موحدة أو هرمية؛ بعض المنتجات لها مظهر غير لامع بعد التلميع.
الشكل والحجم:
النوع القياسي: أسطواني (قطر 7-1200 مم)، لوح مستطيل (سمك 5-50 مم).
الأشكال المخصصة: مصممة وفقًا لمتطلبات التطبيق، مع هياكل على شكل قرص العسل أو شبه منحرف أو ملولبة.
المعالجة السطحية: يتم طلاء بعض المنتجات بطبقة مضادة للأكسدة (مثل البورات) أو طبقة سيراميك لتحسين مقاومة الأكسدة.
3. نوع المادة وعملية التصنيع
المادة الأساسية:
مسحوق الجرافيت: حجم الجسيمات 100-300 شبكة، درجة النقاء أكبر من 99.5%، يستخدم كإطار موصل.
عامل تشكيل المسام: نشا الذرة أو كحول البولي فينيل (PVA) أو بيكربونات الأمونيوم 5%-15%، يستخدم لتشكيل المسام.
المادة الرابطة: راتينج الفينول أو فلوريد البولي فينيلدين (PVDF)، لتعزيز الاستقرار الهيكلي.
عملية التحضير:
الخلط: يتم خلط مسحوق الجرافيت وعامل تشكيل المسام والموثق بنسبة محددة لتكوين ملاط متجانس.
التشكيل: يتم قولبة المادة أو بثقها لتكوين جسم أخضر.
التلبيد: المعالجة بدرجة حرارة عالية (1500-2500 درجة مئوية) في جو خامل تزيل عامل تشكيل المسام وترسم المادة.
مرحلة ما بعد المعالجة: التصنيع بالأبعاد المطلوبة؛ تخضع بعض المنتجات لتلميع أو طلاء السطح.
4. مجالات التطبيق
تخزين الطاقة وتحويلها:
بطاريات ليثيوم أيون: باعتبارها مادة قطب كهربائي سالب، يوفر الهيكل المسامي المزيد من مواقع تخزين أيونات الليثيوم، مما يحسن كفاءة الشحن والتفريغ.
خلايا الوقود: تستخدم في الصفائح ثنائية القطب؛ المسامية تعزز انتشار الغاز وإدارة الرطوبة.
التحليل الكهربائي العكسي (RED): يوصل الأيونات بكفاءة، ويولد الكهرباء من تدرجات الملوحة.
الآلات الكهروكيميائية:
تصنيع التفريغ الكهربائي (EDM): تصنيع عالي الدقة للقوالب المعدنية، مثل قوالب الصب لمعدات 5G.
تعدين التحليل الكهربائي: مقاومة التآكل تجعلها مناسبة لتنقية المعادن كهربائيا مثل النحاس والألومنيوم.
المعالجة البيئية:
دعم المحفز: يدعم المحفزات المعدنية النبيلة (مثل البلاتين والبلاديوم) لمعالجة غاز النفايات أو تنقية المياه.
مواد الامتزاز: تعمل الهياكل المسامية على امتصاص أيونات المعادن الثقيلة أو الملوثات العضوية.
الإدارة الحرارية:
المبادلات الحرارية: موصلية حرارية عالية الكفاءة وخصائص خفيفة الوزن مناسبة لأنظمة التبريد الفضائية.
المواد العازلة: تحقق المقاومة الحرارية الاتجاهية من خلال التحكم في المسامية.
5. الجرافيت المخصص كقطب كهربائي
تخصيص الحجم والشكل:
نطاق القطر: 7-1200 مم، الطول يصل إلى 3000 مم.
الهياكل غير المنتظمة: مثل أقراص العسل، أو الحلزونية، أو التصاميم ذات قنوات التبريد.
تحسين الأداء:
التحكم في المسامية: يتم تحقيق مسامية مخصصة عن طريق ضبط نسبة عامل تشكيل المسام (5%-15%).
الموصلية المحسنة: تؤدي إضافة أنابيب الكربون النانوية أو الجرافين إلى تقليل المقاومة بنسبة 20% إلى 40%.
المعالجة السطحية:
طلاء مضاد للأكسدة: التشريب بمحلول البورات يزيد من درجة حرارة بداية الأكسدة إلى 900 درجة مئوية.
طلاء مضاد للالتصاق: مطلي بمادة بولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) لتقليل التصاق منتجات التحليل الكهربائي.
التكامل الوظيفي:
المستشعر المدمج: تم دمج مستشعرات درجة الحرارة أو الضغط داخل الأقطاب الكهربائية للمراقبة في الوقت الفعلي.
هيكل مركب مسامي: مركب بمواد مثل السيليكون وكربيد السيليكون لتحسين القوة الميكانيكية أو الاستقرار الحراري.
الآن الاتصال