विविध उपयोजन क्षेत्रांमध्ये (जसे की लिथियम बॅटरीचे ॲनोड आणि ॲल्युमिनियमचे कॅथोड) ग्राफाइटाइज्ड पेट्रोलियम कोकसाठीच्या निर्देशांक आवश्यकतांचे मुख्य केंद्रबिंदू कोणते आहेत?

दोन प्रमुख उपयोजन क्षेत्रांमध्ये ग्राफाइटयुक्त पेट्रोलियम कोकसाठी भिन्न निर्देशांक आवश्यकता: लिथियम-आयन बॅटरी ॲनोड आणि ॲल्युमिनियम कॅथोड

ग्राफाइटाइज्ड पेट्रोलियम कोकसाठीच्या निर्देशांक आवश्यकता लिथियम-आयन बॅटरी ॲनोड आणि ॲल्युमिनियम कॅथोडमध्ये रासायनिक रचना, भौतिक संरचना आणि इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेमध्ये लक्षणीय फरक दर्शवतात. मुख्य प्राधान्यक्रम खालीलप्रमाणे आहेत:

१. लिथियम-आयन बॅटरीचे ॲनोड: संरचनात्मक स्थिरतेचा विचार करून, विद्युत रासायनिक कार्यक्षमतेला केंद्रस्थानी ठेवणे.

1. कमी गंधक प्रमाण (<०.५%)
   ग्राफायटीकरण प्रक्रियेदरम्यान सल्फरचे अवशेष स्फटिकांचे आकुंचन आणि प्रसरण घडवून आणू शकतात, ज्यामुळे इलेक्ट्रोड तुटतो. याव्यतिरिक्त, उच्च तापमानात सल्फर वायू बाहेर सोडू शकतो, ज्यामुळे सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस (SEI) फिल्मला नुकसान पोहोचते आणि क्षमतेत अपरिवर्तनीय घट होते. उदाहरणार्थ, GB/T 24533-2019 नुसार लिथियम-आयन बॅटरीच्या ॲनोडमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या ग्राफाइटमधील सल्फरच्या प्रमाणावर कठोर नियंत्रण ठेवणे अनिवार्य आहे.
2. कमी राखेचे प्रमाण (≤०.१५%)
   राखेतील धातूंच्या अशुद्धी (उदा., सोडियम, लोह) इलेक्ट्रोलाइटच्या विघटनास चालना देतात, ज्यामुळे बॅटरीचा ऱ्हास वेगाने होतो. सोडियमच्या अशुद्धीमुळे ॲनोड हनीकॉम्बचे ऑक्सिडेशन देखील होऊ शकते, ज्यामुळे सायकल लाइफ कमी होते. उच्च-शुद्धतेच्या ग्रॅफाइटमधील राखेचे प्रमाण ०.१५% पेक्षा कमी करण्यासाठी “थ्री-हाय” प्रक्रियेची (उच्च तापमान, उच्च दाब, उच्च-शुद्धतेचा कच्चा माल) आवश्यकता असते.
3. उच्च स्फटिकता आणि अभिमुख मांडणी
   • उच्च वास्तविक घनता: ग्रॅफाइटची स्फटिकता दर्शवते; उच्च वास्तविक घनता लिथियम-आयनच्या अंतर्वेश/निष्कासनासाठी सुव्यवस्थित मार्ग सुनिश्चित करते, ज्यामुळे दर-कार्यक्षमता वाढते.
   • कमी औष्णिक प्रसरण गुणांक: नीडल कोक, त्याच्या तंतुमय संरचनेमुळे, स्पंज कोकपेक्षा ३०% कमी औष्णिक प्रसरण गुणांक दर्शवतो, ज्यामुळे चार्ज/डिस्चार्ज चक्रांदरम्यान आकारमान वाढ कमी होते (उदा., अनिसोट्रॉपिक ग्रॅफाइट C-अक्षाच्या दिशेने प्रसरण पावते, ज्यामुळे बॅटरी फुगते).
4. संतुलित कणांचा आकार आणि विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ
   • विस्तृत कण आकार वितरण: ऑप्टिमाइझ केलेले D10, D50, आणि D90 पॅरामीटर्स लहान कणांना मोठ्या कणांमधील पोकळ्या भरण्यास सक्षम करतात, ज्यामुळे टॅप डेन्सिटी सुधारते (उच्च टॅप डेन्सिटीमुळे प्रति युनिट व्हॉल्यूम सक्रिय सामग्रीचे लोडिंग वाढते, तथापि, अत्याधिक पातळीमुळे इलेक्ट्रोलाइट वेटेबिलिटी कमी होते).
   • मध्यम विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र: उच्च विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र (>10 m²/g) लिथियम-आयन स्थलांतर मार्ग लहान करते, दर कार्यक्षमता वाढवते, परंतु SEI फिल्म क्षेत्र वाढवते, ज्यामुळे प्रारंभिक कूलॉम्बिक कार्यक्षमता (ICE) कमी होते.
5. उच्च प्रारंभिक कूलॉम्बिक कार्यक्षमता (≥९२.६%)
   पहिल्या चार्ज/डिस्चार्ज चक्रात SEI निर्मितीदरम्यान लिथियमचा वापर कमीतकमी ठेवणे हे उच्च ऊर्जा घनता टिकवून ठेवण्यासाठी अत्यंत महत्त्वाचे आहे. मानकांनुसार प्रारंभिक डिस्चार्ज क्षमता ≥350.0 mAh/g आणि ICE ≥92.6% असणे आवश्यक आहे.

II. ॲल्युमिनियम कॅथोड: वाहकता आणि औष्णिक धक्का प्रतिरोध यांना प्रमुख प्राधान्य

1. श्रेणीबद्ध सल्फर सामग्री नियंत्रण
   • कमी-गंधक कोक (S < 0.8%): पोलाद निर्मितीदरम्यान गंधकामुळे होणारी वायूची वाढ आणि तडे जाणे टाळण्यासाठी प्रीमियम ग्राफाइट इलेक्ट्रोडमध्ये वापरला जातो, ज्यामुळे प्रति टन पोलादाचा वापर कमी होतो (उदा., एका उद्योगाने कमी-गंधक कोक वापरून ॲनोडचा वापर १२% ने कमी केला).
   • मध्यम-गंधक कोक (गंधक २%–४%): ॲल्युमिनियम इलेक्ट्रोलायसिस ॲनोडसाठी उपयुक्त, खर्च आणि कार्यक्षमता यांचा समतोल साधतो.
2. उच्च राख सहनशीलता (विशिष्ट अशुद्धता नियंत्रणांसह)
   ॲल्युमिनियम इलेक्ट्रोलायसिसच्या विद्युत प्रवाहाच्या कार्यक्षमतेत वेळोवेळी होणारी घट टाळण्यासाठी राखेतील व्हॅनेडियमचे प्रमाण ≤०.०३% असणे आवश्यक आहे. ॲनोड हनीकॉम्बचे ऑक्सिडीकरण रोखण्यासाठी सोडियमच्या अशुद्धतेवर कठोर नियंत्रण ठेवणे आवश्यक आहे.
3. उच्च स्फटिकता आणि औष्णिक धक्का प्रतिरोध
   नीडल कोक त्याच्या तंतुमय रचनेमुळे पसंत केला जातो, ज्यामुळे त्याला उच्च घनता, मजबुती, कमी क्षरण आणि उत्कृष्ट औष्णिक धक्का प्रतिरोधकता मिळते, ज्यामुळे तो ॲल्युमिनियमच्या विद्युत अपघटनादरम्यान होणाऱ्या वारंवारच्या तापमानातील चढउतारांना तोंड देऊ शकतो. कमी औष्णिक प्रसरण गुणांक संरचनात्मक नुकसान कमी करतो, ज्यामुळे कॅथोडचे आयुष्य वाढते.
4. कणांचा आकार आणि यांत्रिक शक्ती
   • ढेकळांच्या कणांना प्राधान्य: यामुळे पावडर कोकचे प्रमाण कमी होते, वाहतूक आणि कॅल्सिनेशन दरम्यान होणारी तुटफूट टाळता येते, तसेच यांत्रिक मजबुती सुनिश्चित होते.
   • कॅल्साईन्ड कोकचे उच्च प्रमाण: ॲल्युमिनियम इलेक्ट्रोलायसिस ॲनोड्समध्ये चालकता आणि क्षरण प्रतिरोध वाढवण्यासाठी ७०% कॅल्साईन्ड कोकचा वापर केला जातो.
5. उच्च विद्युत वाहकता
   नीडल कोक इलेक्ट्रोड 100,000 A विद्युत प्रवाह वाहून नेऊ शकतात, ज्यामुळे प्रति भट्टी 25 मिनिटांत पोलाद निर्मितीची कार्यक्षमता आणि पारंपरिक कोकपेक्षा तिप्पट जास्त वाहकता साध्य होते, परिणामी ऊर्जेचा वापर लक्षणीयरीत्या कमी होतो.

III. मुख्य फरकांचा सारांश

४. उद्योग क्षेत्रातील कल

• लिथियम-आयन बॅटरी ॲनोड्स: ऊर्जा घनता आणि सायकल कार्यक्षमता आणखी सुधारण्यासाठी, नवीन आण्विक-संरचित कोक (त्रिज्यीय पोत) आणि पिच-सुधारित कॅल्साइंड कोक (हार्ड कार्बन ॲनोडचे सायकल आयुष्य वाढवणारे) हे उदयोन्मुख संशोधनाचे महत्त्वाचे विषय आहेत.
• ॲल्युमिनियम कॅथोड्स: 750 मिमी मोठ्या आकाराच्या नीडल कोक इलेक्ट्रोड्स आणि सिलिकॉन कार्बाइड ग्राइंडिंगसाठी मध्यम-गंधक कोकच्या वाढत्या मागणीमुळे उच्च चालकता आणि झीज-प्रतिरोधकतेच्या दिशेने सामग्री विकासाला चालना मिळत आहे.