Wie stellt man eine Kohlenstoffpastelektrode her?

Die Kohlenstoffpastelektrode ist eine Art leitfähiges Material, das in Mineralöfen, Kalziumkarbidöfen und anderen Geräten verwendet wird. Sie besteht aus Kohlenstoffrohstoffen und Klebstoffen mit einzigartigen Vorteilen bei der Umweltüberwachung und in anderen Bereichen. Sie ist einfach herzustellen, kostengünstig, modifizierbar, flexibel in ihren Eigenschaften, wissenschaftlich erforscht und praktisch anwendbar.

Vorbereitung der Materialien

Kohlenstoffhaltige Rohstoffe

Die Kernmaterialien aus Kohlenstoff von Elektrodenpaste sind Petrolkoks, Asphaltkoks und Graphit. Petrolkoks hat einen hohen Kohlenstoffgehalt, weniger Verunreinigungen und einen geringeren spezifischen Widerstand nach der Kalzinierung bei hoher Temperatur. Asphaltkoks hat eine hohe mechanische Festigkeit und eine gute elektrische Leitfähigkeit, was die Stabilität der Elektroden erhöht. Graphit-Schrott hat eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit, die die Wärmeübertragung und die Elektronentransportleistung verbessern kann. Je nach Verwendung der Elektrodenpaste wird der Anteil der Pasten genau eingestellt.

Bindemittel

Kohle-Bitumen ist das am häufigsten verwendete Bindemittel. Bei Erhitzung auf eine bestimmte Temperatur verwandelt es sich von einem festen in einen flüssigen Zustand, wobei es die Kohlenstoffpartikel gleichmäßig umhüllt und ihnen eine feste Bindung ermöglicht. Der Erweichungspunkt des Kohleasphalts bestimmt seinen Erweichungsfließtemperaturbereich. Ein geeigneter Erweichungspunkt ermöglicht es, das Rohmaterial beim Erhitzen vollständig zu infiltrieren. Er bietet eine ausreichende Haftfestigkeit nach dem Abkühlen und bewahrt die Form und Struktur der Elektrodenpaste. Der Verkokungswert spiegelt seine Fähigkeit zur Hochtemperaturverkokung wider. Der höhere Verkokungswert trägt zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit der Elektrodenpaste bei hohen Temperaturen bei.

Zusatzstoffe

Um die Leistung der Elektrodenpaste zu optimieren, werden manchmal bestimmte Zusatzstoffe hinzugefügt. Kupferpulver, Aluminiumpulver und andere Metallpulver haben eine gute elektrische Leitfähigkeit und können die elektrische Leitfähigkeit nach der Zugabe erheblich verbessern. Fasermaterialien wie Kohlenstofffasern können die mechanische Festigkeit verbessern. So ist die Elektrodenpaste nicht leicht zu brechen, wenn sie äußeren Kräften ausgesetzt ist. Antioxidantien können die antioxidative Kapazität bei hohen Temperaturen verbessern und die Lebensdauer verlängern. Art und Menge der Zusatzstoffe sollten jedoch einer Vielzahl von Experimenten und strengen Tests unterzogen werden, um eine Beeinträchtigung anderer Eigenschaften zu vermeiden.

Vorbereitung der Kohlenstoffpaste Schritt

Wiegen Sie den Toner und den Klebstoff

Wiegen Sie das Kohlenstoffpulver und die Klebstoffe nach der sorgfältig entwickelten Formel. Verwenden Sie eine hochpräzise elektronische Waage, um die Kohlenstoffrohstoffe und Klebstoffe genau zu wiegen. Beim Wiegen müssen die Umgebungsbedingungen streng kontrolliert werden, um zu verhindern, dass die Kohlenstoffrohstoffe hygroskopisch werden oder sich aufgrund von Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen verschlechtern. Verwenden Sie leicht hygroskopische Rohstoffe in einer trockenen Umgebung und verarbeiten Sie sie so schnell wie möglich. Regelmäßige Kalibrierung der Waage, um genaues Wiegen zu gewährleisten. Verschiedene Anwendungsszenarien Elektrodenpaste Leistungsanforderungen sind unterschiedlich, müssen die Verwendung von Umwelt, Leistung und Kosten zu berücksichtigen, um die beste Formel zu bestimmen.

Gemischtes Schleifen

Mischen und mahlen Sie die abgemessenen Rohstoffe und Klebstoffe in einem Hochgeschwindigkeitsmischer oder einer starken Knetmaschine. Rühren Sie zunächst 10-15 Minuten lang bei niedriger Geschwindigkeit, um große Partikel zu zerstreuen. Dann die Geschwindigkeit erhöhen und auf 150-180 ℃ erhitzen, damit das Kohlepech erweicht und die Kohlenstoffpartikel einhüllt. Dann wird 30-45 Minuten lang weitergerührt. Das vollständig gerührte Gemisch wird für 2 bis 4 Stunden in die Kugelmühle und andere Geräte gegeben. Um die Kohlenstoffpartikel zu verfeinern, den Klebstoff fest zu binden und die Einheitlichkeit und Stabilität der Kohlenstoffpaste zu verbessern.

Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffpasten-Elektroden

Handabfüllmethode

Die Handfüllmethode ist eine einfache und direkte Methode zur Herstellung von Elektroden. Zunächst wird die vorbereitete Elektrodenmatrix gereinigt (z. B. Glas-Kohle-Elektrode) und trocknen Sie es mit Stickstoff. Dann nehmen Sie eine entsprechende Menge der vorbereiteten Kohlenstoffpaste. Füllen Sie die Kohlenstoffpaste vorsichtig mit einer Pinzette oder einem Glasstab auf die Oberfläche der Elektrodenbasis oder in eine bestimmte Rille. Beim Einfüllen sollte die Kohlenstoffpaste so gleichmäßig wie möglich verteilt werden, um Löcher oder ungleichmäßige Dicken zu vermeiden. Nach dem Einfüllen drücken Sie die Kohlenstoffpaste vorsichtig mit dem Finger oder einem Werkzeug an, um sie fest mit dem Elektrodensockel zu verbinden. Diese Methode ist einfach zu handhaben, es ist keine spezielle Ausrüstung erforderlich, aber die Erfahrung des Bedieners ist hoch. Außerdem ist die Konsistenz der Elektrode nach dem Formen relativ schlecht.

Verfahren zur Formgebung

Mit dem Formgebungsverfahren können Kohlenstoffpastelektroden mit regelmäßiger Form, genauer Größe und guter Konsistenz hergestellt werden. Wählen Sie zunächst je nach gewünschter Elektrodenform und -größe eine geeignete Form aus, z. B. eine PTFE-Form. Nachdem die Form gereinigt und getrocknet ist, tragen Sie gleichmäßig eine Schicht Trennmittel auf die Oberfläche der Form auf, damit sie sich später lösen kann. Als Nächstes füllen Sie die Kohlenstoffpaste in den Formhohlraum ein, und das Werkzeug verdichtet die Kohlenstoffpaste. So wird sichergestellt, dass die Kohlenstoffpaste die Form vollständig ausfüllt und die Oberfläche eben ist. Die Form mit der Kohlenstoffpaste wird dann unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen zum Aushärten gebracht. (Bei Verwendung eines Bindemittels, das ausgehärtet werden muss, wie z. B. Epoxidharz). Nach dem Aushärten wird die Form vorsichtig geöffnet und die geformte Kohlenstoffpastelektrode entnommen. Diese Methode eignet sich für groß angelegte Vorbereitungs- und Anwendungsszenarien, die eine hohe Form- und Maßgenauigkeit der Elektrode erfordern.

Nachbehandlung der Kohlenstoffpastelektrode

Schleifen und Polieren von Oberflächen

Die Oberfläche der geformten Kohlenstoffpastelektrode kann uneben oder rau sein. Dies beeinträchtigt die elektrochemische Leistung und die Reproduzierbarkeit der Elektrode. Daher muss die Elektrodenoberfläche geschliffen und poliert werden. Zunächst wird die Oberfläche der Elektrode mit Sandpapier geschliffen, um offensichtliche Unebenheiten zu entfernen. (Von grobkörnig bis feinkörnig, z. B. 200 Mesh, 400 Mesh, 800 Mesh, 1200 Mesh usw.) Während des Schleifvorgangs sollten Sie darauf achten, dass die Kraft auf die Elektrodenoberfläche gleichmäßig ist. So vermeiden Sie eine Beschädigung der Kohlenstoffpastenschicht. Anschließend polieren Sie die Elektrode mit einem Poliertuch und einer Polierpaste (z. B. Aluminiumoxid-Polierpaste). So erzielen Sie einen Spiegeleffekt auf der Elektrodenoberfläche. Die polierte Elektrodenoberfläche ist glatter, was den Hintergrundstrom der Elektrode wirksam reduzieren und die Empfindlichkeit und Ansprechstabilität der Elektrode verbessern kann.

Reinigung und Aktivierung

Schleifpartikel, Polierpaste und andere Verunreinigungen können nach dem Schleifen und Polieren auf der Oberfläche der Elektrode zurückbleiben und müssen gereinigt werden. Weichen Sie die Elektroden in wasserfreiem Ethanol für 5-10 Minuten Ultraschallreinigung, dann spülen Sie mit deionisiertem Wasser, und dann mit Stickstoff trocknen. Die gereinigte Elektrode muss auch aktiviert werden, um die elektrochemische Aktivität der Elektrode zu verbessern. Die Aktivierungsmethode verwendet in der Regel die elektrochemische zyklische Voltammetrie, bei der die Elektrode mehrmals mit einer bestimmten Abtastrate (z. B. 50 mV/s) in einem bestimmten Elektrolyten gescannt wird. Auf diese Weise wird eine stabile aktive Stelle auf der Elektrodenoberfläche gebildet, wodurch die elektrochemische Leistung der Elektrode optimiert wird.

Qualitätskontrolle und Leistungsbewertung

Inspektion des Aussehens

Prüfen Sie das Aussehen der Elektrode mit bloßem Auge und unter dem Mikroskop. Prüfen Sie mit bloßem Auge, ob die Elektrode insgesamt gleichmäßig geformt ist. Ob die Kohlenstoffpaste vollständig ist und ob es Risse, Löcher oder Abplatzungen gibt. Mit dem Mikroskop können Sie die mikroskopische Struktur der Kohlenstoffpaste beobachten. Zum Beispiel, ob die Verteilung des Kohlenstoff-Graphit-Pulvers gleichmäßig ist und wie der Zustand der Klebebeschichtung ist. Die Oberfläche der hochwertigen Elektrode sollte glatt sein und die Kohlenstoffpaste sollte fest mit der Matrix verbunden sein, ohne offensichtliche Mängel.

Elektrochemische Leistungsprüfung

Mit der elektrochemischen Workstation können Sie die Leistung von Kohlenstoffpasten-Elektroden testen. Zu den gängigen Methoden gehören die zyklische Voltammetrie (CV), die differentielle Pulsvoltammetrie (DPV) und die AC-Impedanzspektroskopie (EIS). CV untersucht das REDOX-Verhalten der Elektrode, misst die Stromantwort bei verschiedenen Potenzialen und bestimmt das REDOX-Spitzenpotenzial und den Strom. Außerdem wird damit die katalytische Leistung bestimmter Substanzen bewertet. DPV hat eine hohe Empfindlichkeit und analysiert die Stromänderung bei Impulspotential, um Substanzen mit niedriger Konzentration zu erkennen. EIS untersucht den Ladungstransfer und den Innenwiderstand an der Schnittstelle zwischen Elektrode und Lösung und misst die Wechselstromimpedanz bei verschiedenen Frequenzen, um Ersatzschaltkreisparameter zu erhalten. Außerdem werden die Leistung der Schnittstelle und die Fähigkeit zum Elektronentransport bewertet.

Schlussfolgerung

Die Herstellung einer Kohlenstoffpastelektrode umfasst viele Schritte und komplexe Einflussfaktoren. Von der Materialauswahl über die Vorbereitung, das Gießen, die Nachbehandlung und die Leistungsbewertung ist jedes Glied entscheidend. Durch eine vernünftige Kontrolle der Parameter können qualitativ hochwertige Elektroden hergestellt werden, und der künftige Produktionsprozess wird weiter optimiert und innoviert werden.