كيفية صنع القطب الكهربائي لصق الكربون؟

قطب معجون الكربون هو نوع من المواد الموصلة المستخدمة في الأفران المعدنية وأفران كربيد الكالسيوم وغيرها من المعدات. وهو يتألف من مواد خام الكربون والمواد اللاصقة مع مزايا فريدة من نوعها في المراقبة البيئية وغيرها من المجالات. لديها عملية تحضير بسيطة، وتكلفة منخفضة، وقابلة للتعديل، وتعديل مرن للخصائص، والبحث العلمي والاهتمام بالتطبيق العملي.

إعداد المواد

المواد الخام الكربونية

المواد الكربونية الأساسية لـ معجون القطب الكهربائي هي فحم الكوك البترولي وفحم الكوك الأسفلت والجرافيت. ويحتوي فحم الكوك البترولي على نسبة عالية من الكربون، وشوائب أقل، ومقاومة أقل بعد التكليس عند درجة حرارة عالية. ويتمتع فحم الكوك الأسفلت بقوة ميكانيكية عالية وموصلية كهربائية جيدة، مما يعزز استقرار القطب الكهربائي. خردة الجرافيت لديه موصلية كهربائية وحرارية ممتازة، والتي يمكن أن تحسن نقل الحرارة وأداء نقل الإلكترون. في الواقع، وفقًا لاستخدام معجون القطب الكهربائي، يتم ضبط نسبتها بدقة.

الموثق

بيتومين الفحم هو المادة الرابطة الأكثر استخدامًا. عند تسخينه إلى درجة حرارة معينة، يتحول من مادة صلبة إلى سائلة، مما يؤدي إلى طلاء جزيئات الكربون بالتساوي ويسمح لها بالارتباط بإحكام. وتحدد نقطة تليين أسفلت الفحم نطاق درجة حرارة تدفق التليين. وتمكنه نقطة التليين المناسبة من التسلل بالكامل إلى المادة الخام عند تسخينها. وتوفر قوة الترابط الكافية بعد التبريد، وتحافظ على شكل وهيكل معجون القطب الكهربائي. وتعكس قيمة التكويك قدرته على التكويك في درجات الحرارة العالية. وتساعد قيمة التكويك الأعلى على تحسين القوة الميكانيكية والتوصيل الكهربائي لعجينة الإلكترود عند درجة حرارة عالية.

المضافات

من أجل تحسين أداء معجون القطب الكهربائي، تتم إضافة إضافات محددة في بعض الأحيان. يمكن لمسحوق النحاس ومسحوق الألومنيوم ومسحوق المعادن الأخرى بسبب التوصيل الكهربائي الجيد، بعد الإضافة أن يحسن بشكل كبير من التوصيل الكهربائي. يمكن أن تعزز مواد الألياف مثل ألياف الكربون القوة الميكانيكية. بحيث لا يسهل كسر معجون القطب الكهربائي عند تعرضه لقوى خارجية. يمكن لمضادات الأكسدة تحسين القدرة المضادة للأكسدة في درجات الحرارة العالية وإطالة عمر الخدمة. ومع ذلك، يجب إخضاع نوع وكمية المواد المضافة لعدد كبير من التجارب والاختبارات الصارمة لمنع التأثير على الخصائص الأخرى.

خطوة تحضير عجينة الكربون

قم بوزن الحبر والمادة اللاصقة

وزن مسحوق الكربون والمواد اللاصقة وفقًا للصيغة المصممة بعناية. استخدام ميزان إلكتروني عالي الدقة لوزن المواد الخام الكربونية والمواد اللاصقة بدقة. عند الوزن، تحكم بدقة في الظروف البيئية لمنع المواد الخام الكربونية من الرطوبة أو التدهور بسبب تغيرات درجة الحرارة والرطوبة. وتشغيل المواد الخام سهلة الاسترطاب في بيئة جافة ومعالجتها في أسرع وقت ممكن. المعايرة المنتظمة للميزان لضمان دقة الوزن. تختلف سيناريوهات التطبيق المختلفة لمتطلبات أداء معجون القطب الكهربائي، وتحتاج إلى النظر في استخدام البيئة والأداء والتكلفة لتحديد أفضل صيغة.

الطحن المختلط

اخلط وطحن المواد الخام والمواد اللاصقة المقاسة في خلاط عالي السرعة أو آلة عجن قوية. أولاً، قلّب بسرعة منخفضة لمدة 10-15 دقيقة لتفريق الجزيئات الكبيرة في البداية. ثم قم بزيادة السرعة والتسخين حتى 150-180 درجة مئوية، واترك زفت الفحم يلين ويلف جزيئات الكربون. ويستمر التقليب لمدة 30-45 دقيقة. كما يتم نقل الخليط المقلب بالكامل إلى المطحنة الكروية وغيرها من المعدات لمدة 2-4 ساعات. لتنقية جزيئات الكربون، وربط المادة اللاصقة بإحكام، وتحسين توحيد واستقرار عجينة الكربون.

عملية تشكيل قطب كهربائي من عجينة الكربون

طريقة التعبئة اليدوية

طريقة الملء اليدوي هي طريقة تشكيل قطب كهربائي بسيطة ومباشرة. أولاً، قم أولاً بتنظيف مصفوفة القطب المحضرة (مثل قطب الكربون الزجاجي) وجففها بالنيتروجين. ثم، خذ كمية مناسبة من عجينة الكربون المحضرة. واملأها بعناية بعجينة الكربون على سطح قاعدة القطب الكهربائي أو في أخدود معين باستخدام ملاقط أو قضبان زجاجية. عند الملء، يجب توزيع عجينة الكربون بالتساوي قدر الإمكان لتجنب الثقوب أو السماكة غير المتساوية. بعد الملء، اضغط برفق على عجينة الكربون بإصبعك أو بأداة لربطها بإحكام على قاعدة القطب. هذه الطريقة سهلة التشغيل، ولا تتطلب معدات خاصة، ولكن خبرة المشغل عالية. واتساق القطب الكهربائي بعد التشكيل ضعيف نسبيًا.

طريقة تشكيل القالب

يمكن لطريقة تشكيل القالب تحضير أقطاب عجينة الكربون ذات الشكل المنتظم والحجم الدقيق والاتساق الجيد. أولاً، وفقًا للشكل والحجم المطلوبين للإلكترود الكهربائي، حدد أو خصص القالب المناسب، مثل قالب PTFE. بعد تنظيف القالب وتجفيفه، ضع طبقة من عامل التحرير بالتساوي على سطح القالب للتحرير اللاحق. بعد ذلك، قم بملء عجينة الكربون في تجويف القالب، وتقوم الأداة بضغط عجينة الكربون. للتأكد من أن عجينة الكربون تملأ القالب بالكامل وأن السطح مسطح. ثم يتم وضع القالب مع عجينة الكربون تحت ظروف درجة حرارة وضغط معينة للمعالجة. (في حالة استخدام مادة رابطة تحتاج إلى المعالجة، مثل راتنجات الإيبوكسي). بعد المعالجة، يُفتح القالب بعناية ويُزال قطب عجينة الكربون المشكل. هذه الطريقة مناسبة لسيناريوهات التحضير والتطبيق على نطاق واسع والتي تتطلب شكل قطب كهربائي عالي الدقة ودقة الأبعاد.

معجون الكربون القطب الكهربائي بعد المعالجة

طحن السطح وتلميعه

قد يكون سطح قطب عجينة الكربون المشكل غير مستوٍ أو خشن. سيؤثر ذلك على الأداء الكهروكيميائي للقطب الكهربائي وقابلية استنساخه. لذلك، من الضروري طحن سطح القطب وتلميعه. أولاً، يتم طحن سطح القطب الكهربائي بورق الصنفرة لإزالة النتوءات الواضحة والأجزاء غير المستوية. (من الحبيبات الخشنة إلى الحبيبات الدقيقة، مثل 200 شبكة و400 شبكة و800 شبكة و1200 شبكة و1200 شبكة وما إلى ذلك) أثناء عملية الطحن، يجب الانتباه إلى الحفاظ على القوة على سطح القطب الكهربائي بشكل موحد. لتجنب إتلاف طبقة عجينة الكربون. بعد ذلك، قم بتلميع القطب باستخدام قطعة قماش تلميع ومعجون تلميع (مثل معجون تلميع الألومينا). لتحقيق تأثير المرآة على سطح القطب الكهربائي. يكون سطح القطب المصقول أكثر سلاسة، مما يمكن أن يقلل بشكل فعال من تيار خلفية القطب الكهربائي ويحسن من حساسية القطب الكهربائي واستقرار استجابته.

التنظيف والتفعيل

قد تبقى الجسيمات الكاشطة ومعجون التلميع والشوائب الأخرى على سطح القطب بعد الطحن والتلميع، وتحتاج إلى التنظيف. تُنقع الأقطاب الكهربائية في الإيثانول اللامائي لمدة 5-10 دقائق من التنظيف بالموجات فوق الصوتية، ثم تُشطف بالماء منزوع الأيونات، ثم تجفف بالنيتروجين. يحتاج القطب الذي تم تنظيفه أيضًا إلى التنشيط لتحسين النشاط الكهروكيميائي للقطب الكهربائي. عادةً ما تستخدم طريقة التنشيط قياس الجهد الكهروكيميائي الدوري لمسح القطب عدة مرات بمعدل مسح معين (مثل 50 مللي فولت/ثانية) في إلكتروليت معين. بحيث يتم تشكيل موقع نشط مستقر على سطح القطب الكهربائي، وبالتالي تحسين الأداء الكهروكيميائي للإلكترود.

فحص الجودة وتقييم الأداء

فحص المظهر الخارجي

افحص مظهر القطب بالعين المجردة والمجهر. افحص بالعين المجردة ما إذا كان الشكل العام للقطب الكهربائي منتظم. ما إذا كانت عجينة الكربون مكتملة، وما إذا كانت هناك شقوق أو ثقوب أو سقوط. يمكنك استخدام المجهر لمراقبة البنية المجهرية لعجينة الكربون. مثل ما إذا كان توزيع مسحوق الجرافيت الكربوني موحدًا، وحالة الطلاء اللاصق. يجب أن يكون سطح القطب الكهربائي عالي الجودة أملسًا ويجب أن يكون معجون الكربون مدمجًا بإحكام مع المصفوفة دون عيوب واضحة.

اختبار الأداء الكهروكيميائي

يمكنك استخدام محطة العمل الكهروكيميائية لاختبار أداء أقطاب عجينة الكربون. تشمل الطرق الشائعة قياس الجهد الدوري (CV)، وقياس الجهد النبضي التفاضلي (DPV)، والتحليل الطيفي لمعاوقة التيار المتردد (EIS). تدرس السيرة الذاتية سلوك REDOX للقطب الكهربائي، وتقيس استجابة التيار عند إمكانات مختلفة، وتحدد ذروة إمكانات REDOX والتيار. ويقيّم الأداء التحفيزي لمواد محددة. ويتميز DPV بحساسية عالية، ويحلل التغير الحالي تحت إمكانات النبض للكشف عن المواد منخفضة التركيز. يدرس EIS نقل شحنة واجهة القطب الكهربائي/المحلول والمقاومة الداخلية، ويقيس مقاومة التيار المتردد للترددات المختلفة للحصول على معلمات الدائرة المكافئة. ويقيّم أداء الواجهة وقدرة نقل الإلكترون.

الخاتمة

يتضمن إنتاج قطب معجون الكربون العديد من الخطوات والعوامل المؤثرة المعقدة. من اختيار المواد، والتحضير، والقولبة، والمعالجة اللاحقة وتقييم الأداء، كل رابط أمر بالغ الأهمية. يمكن أن ينتج التحكم المعقول في المعلمات أقطاب كهربائية عالية الجودة، وستستمر عملية الإنتاج المستقبلية في التحسين والابتكار.