जगभरात नवीन ऊर्जा वाहनांच्या जलद विकासामुळे, लिथियम बॅटरी ॲनोड सामग्रीची बाजारपेठेतील मागणी लक्षणीयरीत्या वाढली आहे. आकडेवारीनुसार, २०२१ मध्ये, उद्योगातील शीर्ष आठ लिथियम बॅटरी ॲनोड कंपन्यांनी आपली उत्पादन क्षमता जवळपास दहा लाख टनांपर्यंत वाढवण्याची योजना आखली आहे. ग्राफिटायझेशनचा ॲनोड सामग्रीच्या निर्देशांकावर आणि खर्चावर सर्वात मोठा परिणाम होतो. चीनमधील ग्राफिटायझेशन उपकरणांचे अनेक प्रकार आहेत, त्यांचा ऊर्जा वापर जास्त आहे, ते मोठ्या प्रमाणात प्रदूषण करतात आणि त्यांमध्ये ऑटोमेशनची पातळी कमी आहे, ज्यामुळे ग्राफाइट ॲनोड सामग्रीच्या विकासाला काही प्रमाणात मर्यादा येतात. ॲनोड सामग्रीच्या उत्पादन प्रक्रियेमध्ये ही एक मुख्य समस्या आहे, जी तातडीने सोडवली पाहिजे.
१. निगेटिव्ह ग्राफायटायझेशन फर्नेसची सद्यस्थिती आणि तुलना
१.१ अॅटचिसन निगेटिव्ह ग्राफायटीकरण भट्टी
पारंपारिक इलेक्ट्रोड आयचेसन फर्नेस ग्राफायटीकरण फर्नेसवर आधारित सुधारित प्रकारच्या फर्नेसमध्ये, मूळ फर्नेसमध्ये नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रीचा वाहक म्हणून ग्रॅफाइट क्रुसिबल (ज्यात कार्बनीकृत नकारात्मक इलेक्ट्रोड कच्चा माल भरलेला असतो) ठेवला जातो, फर्नेसचा गाभा उष्णता रोधक सामग्रीने भरलेला असतो, बाह्य थर इन्सुलेशन सामग्रीने आणि फर्नेसच्या भिंतीचे इन्सुलेशन भरलेले असते. विद्युतीकरणानंतर, मुख्यत्वे रोधक सामग्रीच्या तापण्यामुळे २८०० ~ ३०००℃ इतके उच्च तापमान निर्माण होते, आणि क्रुसिबलमधील नकारात्मक सामग्री अप्रत्यक्षपणे तापवली जाते, ज्यामुळे नकारात्मक सामग्रीचे उच्च तापमानात स्टोन इंकिंग साध्य होते.
१.२. अंतर्गत उष्णता मालिका ग्राफायटीकरण भट्टी
हे फर्नेस मॉडेल, ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोडच्या उत्पादनासाठी वापरल्या जाणाऱ्या सिरीयल ग्रॅफायटायझेशन फर्नेसवर आधारित आहे, आणि यामध्ये अनेक इलेक्ट्रोड क्रुसिबल (ज्यामध्ये निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड मटेरियल भरलेले असते) लांबीच्या दिशेने सिरीजमध्ये जोडलेले असतात. इलेक्ट्रोड क्रुसिबल हे वाहक आणि उष्णता देणारे माध्यम, दोन्हीची भूमिका बजावते, आणि त्यातून विद्युत प्रवाह गेल्याने उच्च तापमान निर्माण होऊन आतील निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड मटेरियल थेट गरम होते. ग्रॅफायटायझेशन प्रक्रियेमध्ये रेझिस्टन्स मटेरियलचा वापर केला जात नाही, ज्यामुळे लोडिंग आणि बेकिंगची प्रक्रिया सोपी होते, रेझिस्टन्स मटेरियलच्या उष्णता साठवणुकीमुळे होणारे नुकसान कमी होते आणि विजेची बचत होते.
१.३ ग्रिड बॉक्स प्रकारची ग्राफायटीकरण भट्टी
अलिकडच्या वर्षांत क्रमांक १ चा वापर वाढत आहे, ज्यामध्ये प्रामुख्याने सिरीज अचेसन ग्राफायटीकरण भट्टी आणि जोडलेल्या तंत्रज्ञानाची वैशिष्ट्ये आहेत. या भट्टीच्या गाभ्यामध्ये अनेक ॲनोड प्लेट ग्रिड मटेरियल बॉक्स संरचनेचा वापर केला जातो. कच्चा माल कॅथोडमध्ये टाकला जातो आणि सर्व स्लॉटेड कनेक्शनद्वारे ॲनोड प्लेट कॉलममध्ये निश्चित केली जाते. प्रत्येक कंटेनरमध्ये, त्याच मटेरियलच्या ॲनोड प्लेट सीलचा वापर केला जातो. मटेरियल बॉक्स संरचनेचे कॉलम आणि ॲनोड प्लेट मिळून हीटिंग बॉडी तयार करतात. भट्टीच्या हेडच्या इलेक्ट्रोडमधून विद्युत प्रवाह भट्टीच्या गाभ्याच्या हीटिंग बॉडीमध्ये जातो आणि त्यामुळे निर्माण होणारे उच्च तापमान थेट बॉक्समधील ॲनोड मटेरियलला गरम करते, ज्यामुळे ग्राफायटीकरणाचा उद्देश साध्य होतो.
१.४ तीन ग्राफायटीकरण भट्टी प्रकारांची तुलना
अंतर्गत उष्णता मालिका ग्राफायटीकरण भट्टीमध्ये पोकळ ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोडला गरम करून पदार्थाला थेट उष्णता दिली जाते. इलेक्ट्रोड क्रुसिबलमधून जाणाऱ्या विद्युत प्रवाहामुळे निर्माण होणारी "जूल उष्णता" प्रामुख्याने पदार्थ आणि क्रुसिबलला उष्णता देण्यासाठी वापरली जाते. प्रतिरोधक पदार्थ तापवणाऱ्या पारंपरिक ॲचिसन भट्टीच्या तुलनेत, या भट्टीची तापवण्याची गती जलद असते, तापमानाचे वितरण एकसमान असते आणि औष्णिक कार्यक्षमता जास्त असते. ग्रिड-बॉक्स ग्राफायटीकरण भट्टी अंतर्गत उष्णता मालिका ग्राफायटीकरण भट्टीच्या फायद्यांचा उपयोग करते आणि उष्णता देणारा भाग म्हणून कमी किमतीच्या पूर्व-भाजलेल्या ॲनोड प्लेटचा वापर करते. मालिका ग्राफायटीकरण भट्टीच्या तुलनेत, ग्रिड-बॉक्स ग्राफायटीकरण भट्टीची भार क्षमता जास्त असते आणि त्यानुसार प्रति युनिट उत्पादनासाठी लागणारा वीज वापर कमी होतो.
२. निगेटिव्ह ग्राफायटीकरण भट्टीच्या विकासाची दिशा
२.१ परिमिती भिंतीच्या संरचनेचे इष्टतमीकरण करा
सध्या, अनेक ग्राफायटीकरण भट्ट्यांचा औष्णिक निरोधक थर प्रामुख्याने कार्बन ब्लॅक आणि पेट्रोलियम कोकने भरलेला असतो. उत्पादनादरम्यान उच्च तापमानाच्या ऑक्सिडेशन ज्वलनाने निरोधक सामग्रीचा हा भाग, प्रत्येक वेळी भट्टी बाहेर काढताना, एका विशेष निरोधक सामग्रीने बदलण्याची किंवा पूरक करण्याची आवश्यकता असते. या बदलाच्या प्रक्रियेमुळे पर्यावरणाची हानी होते आणि मनुष्यबळाचा वापरही जास्त होतो.
एक विचार असा करता येतो की, विशेष उच्च शक्ती आणि उच्च तापमान सहन करणाऱ्या सिमेंट चिनाईच्या भिंतींसाठी स्टिक ॲडोबीचा वापर करावा, ज्यामुळे एकूण मजबुती वाढते, संपूर्ण कार्यचक्रात भिंतीची विकृतीमध्ये स्थिरता सुनिश्चित होते, त्याच वेळी विटांचे सांधे सील होतात, विटांच्या भिंतीतील भेगा आणि सांध्यांमधील फटींमधून भट्टीत जास्त हवा जाण्यास प्रतिबंध होतो, आणि इन्सुलेटिंग मटेरियल व ॲनोड मटेरियलचे ऑक्सिडेशनमुळे होणारे ज्वलनाचे नुकसान कमी होते;
दुसरी गोष्ट म्हणजे, भट्टीच्या भिंतीच्या बाहेर टांगलेला एक संपूर्ण जाड, हलवता येण्याजोगा इन्सुलेशन थर बसवणे, जसे की उच्च-शक्तीचे फायबरबोर्ड किंवा कॅल्शियम सिलिकेट बोर्ड वापरणे. यामुळे तापवण्याच्या टप्प्यात प्रभावी सीलिंग आणि इन्सुलेशनची भूमिका बजावली जाते, तर थंड होण्याच्या टप्प्यातून जलद थंड करण्यासाठी तो सहजपणे काढता येतो; तिसरी गोष्ट म्हणजे, भट्टीच्या तळाशी आणि भट्टीच्या भिंतीमध्ये व्हेंटिलेशन चॅनल (हवा खेळती राहण्यासाठी मार्ग) बसवला जातो. या व्हेंटिलेशन चॅनलमध्ये बेल्टच्या मादी तोंडासह पूर्वनिर्मित जाळीदार विटांची रचना वापरली जाते, तसेच त्याला उच्च-तापमान सिमेंट चिनाईचा आधार दिला जातो आणि थंड टप्प्यात सक्तीच्या व्हेंटिलेशनद्वारे थंड करण्याचा विचार केला जातो.
२.२ संख्यात्मक सिम्युलेशनद्वारे वीज पुरवठा वक्र अनुकूलित करा
सध्या, निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड ग्राफायटायझेशन फर्नेसचा वीज पुरवठा वक्र अनुभवानुसार तयार केला जातो आणि तापमान व फर्नेसच्या स्थितीनुसार ग्राफायटायझेशन प्रक्रिया कोणत्याही वेळी हाताने समायोजित केली जाते, यासाठी कोणतेही एकसमान मानक नाही. हीटिंग वक्र ऑप्टिमाइझ केल्याने वीज वापराचा निर्देशांक लक्षणीयरीत्या कमी होऊ शकतो आणि फर्नेसचे सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करता येते. सुईच्या संरेखनाचे संख्यात्मक मॉडेल विविध सीमा अटी आणि भौतिक मापदंडांनुसार वैज्ञानिक पद्धतीने स्थापित केले पाहिजे आणि ग्राफायटायझेशन प्रक्रियेतील विद्युत प्रवाह, व्होल्टेज, एकूण शक्ती आणि क्रॉस सेक्शनच्या तापमान वितरणातील संबंधांचे विश्लेषण केले पाहिजे, जेणेकरून योग्य हीटिंग वक्र तयार करता येईल आणि प्रत्यक्ष कार्यान्वयनात तो सतत समायोजित करता येईल. उदाहरणार्थ, वीज प्रेषणाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात उच्च शक्तीचा वापर करणे, नंतर शक्ती वेगाने कमी करणे आणि नंतर हळूहळू वाढवणे, आणि शेवटी शक्ती संपेपर्यंत शक्ती कमी करणे.
२.३ क्रुसिबल आणि हीटिंग बॉडीचे सेवा आयुष्य वाढवा
वीज वापराव्यतिरिक्त, क्रुसिबल आणि हीटरचे आयुष्य देखील निगेटिव्ह ग्राफायटायझेशनचा खर्च थेट ठरवते. ग्राफाइट क्रुसिबल आणि ग्राफाइट हीटिंग बॉडीसाठी, लोडिंग आउटची उत्पादन व्यवस्थापन प्रणाली, गरम आणि थंड होण्याच्या दरावर योग्य नियंत्रण, स्वयंचलित क्रुसिबल उत्पादन लाइन, ऑक्सिडेशन टाळण्यासाठी सीलिंग मजबूत करणे आणि क्रुसिबलच्या पुनर्वापराच्या वेळा वाढवण्यासाठी इतर उपाययोजना केल्याने, ग्राफाइट इंकिंगचा खर्च प्रभावीपणे कमी होतो. वरील उपायांव्यतिरिक्त, ग्राफायटायझेशनचा खर्च वाचवण्यासाठी ग्रिड बॉक्स ग्राफायटायझेशन फर्नेसच्या हीटिंग प्लेटचा वापर प्री-बेक्ड ॲनोड, इलेक्ट्रोड किंवा उच्च रोधकता असलेल्या स्थिर कार्बनयुक्त पदार्थांसाठी हीटिंग मटेरियल म्हणून देखील केला जाऊ शकतो.
२.४ धुराच्या वायूचे नियंत्रण आणि वाया जाणाऱ्या उष्णतेचा वापर
ग्राफायटीकरण प्रक्रियेदरम्यान निर्माण होणारा धुराचा वायू प्रामुख्याने ॲनोड सामग्रीतील बाष्पशील पदार्थ आणि ज्वलन उत्पादने, पृष्ठभागावरील कार्बनचे ज्वलन, हवेची गळती इत्यादींमधून येतो. भट्टी सुरू करण्याच्या सुरुवातीला, बाष्पशील पदार्थ आणि धूळ मोठ्या प्रमाणात बाहेर पडतात, ज्यामुळे कार्यशाळेतील वातावरण खराब होते. बहुतेक उद्योगांकडे यावर प्रभावी उपाययोजना नसतात, आणि हीच नकारात्मक इलेक्ट्रोड उत्पादनातील ऑपरेटरच्या व्यावसायिक आरोग्य आणि सुरक्षिततेवर परिणाम करणारी सर्वात मोठी समस्या आहे. कार्यशाळेतील धुराचा वायू आणि धुळीचे प्रभावी संकलन व व्यवस्थापन यावर सर्वसमावेशकपणे विचार करण्यासाठी अधिक प्रयत्न केले पाहिजेत, तसेच कार्यशाळेचे तापमान कमी करण्यासाठी आणि ग्राफायटीकरण कार्यशाळेतील कामाचे वातावरण सुधारण्यासाठी योग्य वायुवीजन उपाययोजना केल्या पाहिजेत.
धुराच्या नळीद्वारे ज्वलन कक्षात गोळा केल्यानंतर, मिश्र ज्वलनाद्वारे धुराच्या वायूतील बहुतेक डांबर आणि धूळ काढून टाकली जाते. ज्वलन कक्षातील धुराच्या वायूचे तापमान ८००℃ पेक्षा जास्त असण्याची अपेक्षा असते आणि धुराच्या वायूची वाया जाणारी उष्णता वेस्ट हीट स्टीम बॉयलर किंवा शेल हीट एक्सचेंजरद्वारे पुनर्प्राप्त केली जाऊ शकते. कार्बन डांबराच्या धुरावर प्रक्रिया करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या आरटीओ (RTO) भस्मीकरण तंत्रज्ञानाचा संदर्भ म्हणूनही वापर केला जाऊ शकतो, ज्यामध्ये डांबराचा धुराचा वायू ८५० ~ ९००℃ पर्यंत गरम केला जातो. उष्णता साठवण ज्वलनाद्वारे, धुराच्या वायूतील डांबर, बाष्पशील घटक आणि इतर पॉलीसायक्लिक ॲरोमॅटिक हायड्रोकार्बन्सचे ऑक्सिडीकरण होते आणि शेवटी त्यांचे CO2 आणि H2O मध्ये विघटन होते, आणि प्रभावी शुद्धीकरण कार्यक्षमता ९९% पेक्षा जास्त असू शकते. या प्रणालीचे कार्य स्थिर असून तिचा कार्य दर उच्च आहे.
२.५ उभ्या सतत नकारात्मक ग्राफायटीकरण भट्टी
वर नमूद केलेले विविध प्रकारचे ग्राफायटीकरण भट्टी हे चीनमधील ॲनोड मटेरियल उत्पादनाचे मुख्य भट्टी संरचना आहे. यातील समान मुद्दे म्हणजे नियतकालिक खंडित उत्पादन, कमी औष्णिक कार्यक्षमता, लोडिंग आउटसाठी प्रामुख्याने मॅन्युअल ऑपरेशनवर अवलंबून राहावे लागते आणि ऑटोमेशनची पातळी उच्च नसते. पेट्रोलियम कोक कॅल्सिनेशन भट्टी आणि बॉक्साइट कॅल्सिनेशन शाफ्ट भट्टीच्या मॉडेलचा संदर्भ घेऊन एक समान उभी सतत नकारात्मक ग्राफायटीकरण भट्टी विकसित केली जाऊ शकते. उच्च तापमानाचा उष्णता स्रोत म्हणून रेझिस्टन्स आर्कचा वापर केला जातो, मटेरियल स्वतःच्या गुरुत्वाकर्षणाने सतत बाहेर टाकले जाते, आणि आउटलेट भागातील उच्च तापमानाच्या मटेरियलला थंड करण्यासाठी पारंपरिक वॉटर कूलिंग किंवा गॅसिफिकेशन कूलिंग संरचनेचा वापर केला जातो, आणि भट्टीच्या बाहेर मटेरियल बाहेर टाकण्यासाठी व भरण्यासाठी पावडर न्यूमॅटिक कन्व्हेइंग सिस्टीमचा वापर केला जातो. या प्रकारच्या भट्टीमध्ये सतत उत्पादन शक्य होते, भट्टीच्या मुख्य भागातील उष्णता साठवणुकीमुळे होणारे नुकसान दुर्लक्षित केले जाऊ शकते, त्यामुळे औष्णिक कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या सुधारते, उत्पादन आणि ऊर्जा वापराचे फायदे स्पष्ट दिसतात आणि पूर्ण स्वयंचलित ऑपरेशन पूर्णपणे साध्य केले जाऊ शकते. सोडवायच्या मुख्य समस्या म्हणजे पावडरची तरलता, ग्राफायटीकरणाच्या प्रमाणातील एकसमानता, सुरक्षितता, तापमान निरीक्षण आणि शीतलीकरण इत्यादी. असा विश्वास आहे की, मोठ्या प्रमाणावरील औद्योगिक उत्पादनासाठी भट्टीचा यशस्वी विकास झाल्यास, निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड ग्राफायटीकरणाच्या क्षेत्रात एक क्रांती घडून येईल.
३ गाठीची भाषा
ग्राफाईट रासायनिक प्रक्रिया ही लिथियम बॅटरी ॲनोड मटेरियल उत्पादकांसाठी सर्वात मोठी समस्या आहे. याचे मूळ कारण असे आहे की, मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जाणाऱ्या नियतकालिक ग्राफिटायझेशन भट्टीमध्ये वीज वापर, खर्च, पर्यावरण संरक्षण, ऑटोमेशनची पातळी, सुरक्षितता आणि इतर बाबींमध्ये अजूनही काही समस्या आहेत. उद्योगाचा भविष्यातील कल पूर्णपणे स्वयंचलित आणि संघटित उत्सर्जन-सतत उत्पादन करणाऱ्या भट्टीच्या संरचनेच्या विकासाकडे आणि त्याला पूरक अशा परिपक्व व विश्वसनीय सहायक प्रक्रिया सुविधांकडे आहे. त्यावेळी, उद्योगांना भेडसावणाऱ्या ग्राफिटायझेशनच्या समस्यांमध्ये लक्षणीय सुधारणा होईल आणि उद्योग स्थिर विकासाच्या काळात प्रवेश करेल, ज्यामुळे नवीन ऊर्जा-संबंधित उद्योगांच्या जलद विकासाला चालना मिळेल.
पोस्ट करण्याची वेळ: १९ ऑगस्ट २०२२