Resursele de grafit ale Chinei sunt dominate de grafitul cristalin. Mecanismul de bază prin care grafitul cristalin poate fi preparat cu succes în grafit expandabil provine din caracteristicile sale unice ale structurii cristaline.
Structura de bază a grafitului cristalin în fulgi constă din straturi de atomi de carbon hexagonali aranjați în paralel. Straturile sunt ținute împreună de forțele van der Waals slabe și au o anumită distanță între straturi. Prin urmare, în condiții adecvate, diferite substanțe chimice, cum ar fi acizi, metale alcaline și săruri, pot fi introduse între straturile de grafit și se pot combina cu atomi de carbon pentru a forma grafit expandabil.
Fiind un produs intermediar cheie în lanțul industriei grafitului, grafitul expandabil nu numai că păstrează pe deplin conductivitatea electrică și termică excelentă, rezistența la temperatură înaltă și joasă și rezistența la coroziune a grafitului natural în fulgi, dar devine și un material funcțional important datorită suprafeței sale extrem de active și stabilității chimice.
Indicator cheie de performanță a calității grafitului extensibil: volumul de expansiune
Volumul de expansiune este un indicator cheie de performanță pentru evaluarea calității grafitului expandabil. În general, cu cât volumul de expansiune este mai mare, cu atât performanța de expansiune a grafitului este mai bună și gama sa de aplicare mai largă.
Caracteristicile grafitului expandabil
Datele experimentale arată că numai grafitul expandabil cu un raport de expansiune mare (grafit expandabil cu raport mare de expansiune) poate fi utilizat pentru a prepara produse finale cu un volum de expansiune mai mare.
Fiind un nou tip de material multifuncțional pe bază de carbon, grafitul expandabil cu raport ridicat de expansiune demonstrează perspective largi de aplicare în multiple domenii industriale datorită structurii sale unice și avantajelor de performanță. Acest material nu poate fi utilizat pe scară largă în domenii tradiționale, cum ar fi etanșarea, rezistența la flacără și adsorbția, dar prezintă și performanțe excelente în domenii emergente, cum ar fi cataliza și stocarea energiei. În special, pe fundalul dezvoltării rapide a noii energii, materialele din grafit expandat preparate din grafit expandabil cu raport ridicat de expansiune au devenit alegeri ideale pentru materialele anodici ale bateriei litiu-ion datorită distanței dintre straturile lor semnificativ crescute, caracteristicilor excelente ale suprafeței specifice și structurii poroase tridimensionale unice.
Ce determină „raportul mare de expansiune” al grafitului expandabil?
Proces de pregătire
Nivelul tehnologiei de pregătire pentru grafitul expandabil cu raport ridicat de expansiune determină în mod direct performanța finală a grafitului expandat și aceasta este, de asemenea, cheia dacă materialul poate realiza o aplicare pe scară largă în diferite domenii.
În prezent, metodele de preparare a grafitului expandabil includ intercalarea oxidării chimice, oxidarea electrochimică, oxidarea asistată de ultrasunete, intercalarea transportului în fază gazoasă, metoda cu mediul cu sare topită și altele.
Cercetările actuale arată că prepararea grafitului expandabil cu raport ridicat de expansiune este încă dominată de oxidarea chimică și metodele electrochimice. În special, metoda de oxidare chimică poate realiza o producție de masă stabilă prin reglarea precisă a raportului dintre oxidanți (cum ar fi un sistem mixt de acid sulfuric concentrat/acid azotic) și agenți de intercalare (cum ar fi acidul percloric); în timp ce metoda electrochimică, datorită condițiilor sale de reacție ecologice și blânde, prezintă avantaje unice în aplicațiile de vârf.
În timpul preparării, selecția oxidanților și agenților de intercalare, temperatura de reacție și controlul timpului sunt parametri cheie ai procesului care afectează raportul de expansiune. Prin urmare, pentru a crește volumul de expansiune, pe de o parte, pot fi explorate noi sisteme oxidanți/agent de intercalare și combinațiile acestora (cum ar fi un sistem compozit permanganat de potasiu-acid sulfuric); pe de altă parte, procesele tradiționale pot fi optimizate și se pot dezvolta metode inovatoare precum intercalarea oxidativă asistată de ultrasunete, intercalarea secvenţială (mai întâi oxidarea, apoi intercalarea) și procesele de intercalare în două etape. În special, pe măsură ce cerințele de mediu devin din ce în ce mai stricte, dezvoltarea de noi sisteme de oxidare-intercalare cu toxicitate scăzută, eficiență ridicată și ecologice a devenit o descoperire importantă în inovația tehnologică pentru prepararea grafitului expandabil cu raport de expansiune ridicat.
În prezent, cei mai des utilizați oxidanți includ permanganatul de potasiu, peroxidul de hidrogen etc., în timp ce agenții de intercalare includ în principal acidul cloric, acidul acetic glacial, acidul sulfuric, acidul azotic etc.
Alți factori
Factorii cheie de resurse care afectează prepararea grafitului expandabil cu raport ridicat de expansiune includ în principal dimensiunea fulgilor de grafit și puritatea materiei prime. Mai exact, cu cât dimensiunea fulgilor de grafit este mai mare și cu cât conținutul de carbon fix este mai mare (de obicei puritatea trebuie să ajungă peste 99%), cu atât este mai favorabil pentru prepararea produselor cu un raport de expansiune excelent. Acest lucru se datorează faptului că fulgii mari au o structură cristalină mai completă, iar materiile prime de înaltă puritate pot reduce interferența impurităților cu reacția de intercalare, îmbunătățind astfel semnificativ performanța de expansiune a produsului final.
Rezumat
Grafitul expandabil cu raport mare de expansiune prezintă avantaje tehnice de neînlocuit în domenii precum prepararea grafitului expandat, dezvoltarea compozitelor ignifuge și materialele de înaltă performanță pentru electrozi pentru baterii. În ultimii ani, odată cu optimizarea continuă a proceselor de preparare a grafitului expandabil, aprofundarea cercetării performanței și extinderea treptată a domeniilor de aplicare, cererea pieței pentru produse din grafit expandabil cu caracteristici de raport de expansiune ridicat a arătat o tendință de creștere semnificativă.