¿Cómo fabricar un electrodo de pasta de carbono?

El electrodo de pasta de carbono es un tipo de material conductor utilizado en hornos minerales, hornos de carburo de calcio y otros equipos. Se compone de materias primas de carbono y adhesivos con ventajas únicas en el control del medio ambiente y otros campos. Tiene un proceso de preparación simple, bajo coste, modificable, ajuste flexible de propiedades, investigación científica y atención a la aplicación práctica.

Preparación de los materiales

Materias primas carbonosas

Los materiales de carbono del núcleo de pasta de electrodo son el coque de petróleo, el coque de asfalto y el grafito. El coque de petróleo tiene un alto contenido de carbono, menos impurezas y menor resistividad tras la calcinación a alta temperatura. El coque de asfalto tiene una gran resistencia mecánica y una buena conductividad eléctrica, lo que puede mejorar la estabilidad del electrodo. Chatarra de grafito tiene una excelente conductividad eléctrica y térmica, lo que puede mejorar la transferencia de calor y el rendimiento del transporte de electrones. De hecho, según el uso de la pasta de electrodos, la proporción de los mismos se ajusta con precisión.

Carpeta

Betún de hulla es el aglutinante más utilizado. Calentado a cierta temperatura, pasa de sólido a líquido, recubriendo uniformemente las partículas de carbón y permitiendo que se unan fuertemente. El punto de reblandecimiento del asfalto de carbón determina su rango de temperatura de flujo de reblandecimiento. Y el punto de reblandecimiento adecuado le permite infiltrarse completamente en la materia prima cuando se calienta. Proporciona suficiente fuerza de adherencia tras el enfriamiento, y mantiene la forma y la estructura de la pasta del electrodo. El valor de coquización refleja su capacidad de coquización a alta temperatura. Y el valor de coquización más alto ayuda a mejorar la resistencia mecánica y la conductividad eléctrica de la pasta de electrodo a alta temperatura.

Aditivos

Con el fin de optimizar el rendimiento de la pasta de electrodo, a veces se añaden aditivos específicos. Polvo de cobre, polvo de aluminio y otro polvo de metal debido a la buena conductividad eléctrica, después de la adición puede mejorar significativamente la conductividad eléctrica. Los materiales de fibra, como la fibra de carbono, pueden mejorar la resistencia mecánica. De modo que la pasta de electrodo no es fácil de romper cuando se somete a fuerzas externas. Los antioxidantes pueden mejorar la capacidad antioxidante a altas temperaturas y prolongar la vida útil. Sin embargo, el tipo y la cantidad de aditivos deben someterse a un gran número de experimentos y pruebas estrictas para evitar que afecten a otras propiedades.

Preparación de la pasta de carbón Paso

Pesar el tóner y el adhesivo

Pesar el polvo de carbono y los adhesivos de acuerdo con la fórmula cuidadosamente diseñada. Utilizar una balanza electrónica de alta precisión para pesar con exactitud las materias primas de carbono y los adhesivos. Al pesar, controlar estrictamente las condiciones ambientales para evitar que las materias primas de carbono de higroscopicidad o deterioro debido a los cambios de temperatura y humedad. Y operar las materias primas de fácil higroscopicidad en un ambiente seco y procesarlas lo antes posible. Calibración periódica de la balanza para garantizar un pesaje preciso. Diferentes escenarios de aplicación pasta de electrodos requisitos de rendimiento son diferentes, es necesario tener en cuenta el uso del medio ambiente, el rendimiento y el costo para determinar la mejor fórmula.

Molienda mixta

Mezclar y triturar las materias primas y los adhesivos medidos en una mezcladora de alta velocidad o una amasadora potente. En primer lugar, agitar a baja velocidad durante 10-15 minutos para dispersar las partículas grandes inicialmente. A continuación, aumente la velocidad y caliente a 150-180 ℃, deje que la brea de carbón se ablande y envuelva las partículas de carbón. Y continuar agitando durante 30-45 minutos. La mezcla completamente agitada también se transfiere al molino de bolas y otros equipos durante 2-4 horas. Para refinar las partículas de carbón, unir firmemente el adhesivo y mejorar la uniformidad y estabilidad de la pasta de carbón.

Proceso de formación de electrodos de pasta de carbono

Método de llenado manual

El método de llenado manual es un método sencillo y directo de formación de electrodos. En primer lugar, se limpia la matriz del electrodo preparado (como electrodo de vidrio y carbono) y secarlo con nitrógeno. A continuación, tome una cantidad adecuada de pasta de carbono preparada. Y rellénela cuidadosamente con pasta de carbono en la superficie de la base del electrodo o en una ranura específica con pinzas o varillas de vidrio. Al rellenar, la pasta de carbono debe distribuirse uniformemente en la medida de lo posible para evitar agujeros o grosores desiguales. Después de rellenar, presione suavemente la pasta de carbono con el dedo o con una herramienta para fijarla bien a la base de electrodo. Este método es fácil de manejar, no requiere ningún equipo especial, pero la experiencia del operario es elevada. Y la consistencia del electrodo tras el conformado es relativamente pobre.

Método de formación de moldes

El método de formación de moldes puede preparar electrodos de pasta de carbono con forma regular, tamaño preciso y buena consistencia. En primer lugar, según la forma y el tamaño deseados del electrodo, seleccione o personalice el molde adecuado, como el molde de PTFE. Después de limpiar y secar el molde, aplique uniformemente una capa de agente desmoldante en la superficie del molde para su posterior desmoldeo. A continuación, rellene la pasta de carbono en la cavidad del molde, y la herramienta compacta la pasta de carbono. Para asegurarse de que la pasta de carbono llena completamente el molde y la superficie es plana. A continuación, el molde con la pasta de carbono se coloca bajo determinadas condiciones de temperatura y presión para su curado. (Si se utiliza un aglutinante que deba curarse, como la resina epoxi). Después del curado, se abre cuidadosamente el molde y se retira el electrodo de pasta de carbono formado. Este método es adecuado para escenarios de preparación y aplicación a gran escala que requieren una gran precisión dimensional y de forma del electrodo.

Post-tratamiento del electrodo de pasta de carbono

Rectificado y pulido de superficies

La superficie del electrodo de pasta de carbono formado puede ser irregular o rugosa. Esto afectará al rendimiento electroquímico y a la reproducibilidad del electrodo. Por lo tanto, es necesario esmerilar y pulir la superficie del electrodo. En primer lugar, la superficie del electrodo se esmerila con papel de lija para eliminar las protuberancias evidentes y las partes desiguales. (De grano grueso a grano fino, como 200 mallas, 400 mallas, 800 mallas, 1200 mallas, etc.) Durante el proceso de esmerilado, se debe prestar atención a mantener uniforme la fuerza sobre la superficie del electrodo. Para evitar dañar la capa de pasta de carbono. A continuación, pula el electrodo utilizando un paño de pulido y pasta de pulir (como la pasta de pulir de alúmina). Para conseguir un efecto espejo en la superficie del electrodo. La superficie pulida del electrodo es más lisa, lo que puede reducir eficazmente la corriente de fondo del electrodo y mejorar la sensibilidad y la estabilidad de respuesta del electrodo.

Limpieza y activación

Las partículas abrasivas, la pasta de pulido y otras impurezas pueden permanecer en la superficie del electrodo después del esmerilado y pulido, y es necesario limpiarlas. Sumerja los electrodos en etanol anhidro durante 5-10 minutos de limpieza ultrasónica, después enjuáguelos con agua desionizada y séquelos con nitrógeno. El electrodo limpio también necesita ser activado para mejorar la actividad electroquímica del electrodo. El método de activación suele utilizar la voltamperometría cíclica electroquímica para escanear el electrodo varias veces a una velocidad de escaneo determinada (como 50 mV/s) en un electrolito específico. De este modo, se forma un sitio activo estable en la superficie del electrodo, optimizando así el rendimiento electroquímico del electrodo.

Inspección de calidad y evaluación del rendimiento

Inspección de aspecto

Compruebe el aspecto del electrodo a simple vista y al microscopio. Compruebe a simple vista si la forma general del electrodo es regular. Si la pasta de carbono está completa y si hay grietas, agujeros o desprendimientos. Puede utilizar el microscopio para observar la estructura microscópica de la pasta de carbono. Por ejemplo, si la distribución del polvo de grafito de carbono es uniforme y el estado del revestimiento adhesivo. La superficie del electrodo de alta calidad debe ser lisa y la pasta de carbono debe estar firmemente combinada con la matriz sin defectos evidentes.

Prueba de rendimiento electroquímico

Puede utilizar la estación de trabajo electroquímica para comprobar el rendimiento de los electrodos de pasta de carbono. Entre los métodos habituales se incluyen la voltamperometría cíclica (CV), la voltamperometría diferencial de impulsos (DPV) y la espectroscopia de impedancia de CA (EIS). La CV estudia el comportamiento REDOX del electrodo, mide la respuesta de la corriente a diferentes potenciales, determina el potencial pico REDOX y la corriente. Y evalúa el rendimiento catalítico de sustancias específicas. DPV tiene alta sensibilidad, analizando el cambio de corriente bajo potencial de pulso para detectar sustancias de baja concentración. EIS estudia la transferencia de carga de la interfaz electrodo/solución y la resistencia interna, mide la impedancia de CA de diferentes frecuencias para obtener parámetros de circuito equivalente. Y evalúa el rendimiento de la interfaz y la capacidad de transporte de electrones.

Conclusión

La producción de electrodos de pasta de carbono tiene muchas etapas y complejos factores de influencia. Desde la selección del material, la preparación, el moldeado, el tratamiento posterior y la evaluación del rendimiento, cada eslabón es crucial. Un control razonable de los parámetros puede producir electrodos de alta calidad, y el futuro proceso de producción seguirá optimizándose e innovando.