Come fare l'elettrodo in pasta di carbonio?

L'elettrodo in pasta di carbonio è un tipo di materiale conduttivo utilizzato in forni minerali, forni per carburo di calcio e altre apparecchiature. È composto da materie prime di carbonio e adesivi con vantaggi unici nel monitoraggio ambientale e in altri campi. Ha un processo di preparazione semplice, basso costo, modificabile, regolazione flessibile delle proprietà, attenzione alla ricerca scientifica e all'applicazione pratica.

Preparazione dei materiali

Materie prime carbonacee

I materiali in carbonio del nucleo di pasta per elettrodi sono il coke da petrolio, il coke da asfalto e la grafite. Il coke di petrolio ha un elevato contenuto di carbonio, meno impurità e una minore resistività dopo la calcinazione ad alta temperatura. Il coke da asfalto ha un'elevata resistenza meccanica e una buona conducibilità elettrica, in grado di migliorare la stabilità dell'elettrodo. Rottami di grafite ha un'eccellente conducibilità elettrica e termica, in grado di migliorare il trasferimento di calore e le prestazioni di trasporto degli elettroni. Infatti, in base all'uso della pasta elettrodica, la proporzione di questi ultimi viene regolata con precisione.

Raccoglitore

Carbone bitume è il legante più comunemente utilizzato. Riscaldato a una certa temperatura, si trasforma da solido a liquido, rivestendo le particelle di carbone in modo uniforme e consentendo loro di legarsi saldamente. Il punto di rammollimento dell'asfalto di carbone determina il suo intervallo di temperatura di scorrimento. Il punto di rammollimento appropriato consente di infiltrare completamente la materia prima quando viene riscaldata. Fornisce una forza di legame sufficiente dopo il raffreddamento e mantiene la forma e la struttura della pasta dell'elettrodo. Il valore di cokefazione riflette la capacità di cokefazione ad alta temperatura. Un valore di coking più elevato contribuisce a migliorare la resistenza meccanica e la conducibilità elettrica della pasta per elettrodi ad alta temperatura.

Additivi

Per ottimizzare le prestazioni della pasta per elettrodi, a volte vengono aggiunti additivi specifici. La polvere di rame, la polvere di alluminio e altre polveri metalliche, grazie alla loro buona conducibilità elettrica, dopo l'aggiunta possono migliorare significativamente la conducibilità elettrica. Materiali fibrosi come la fibra di carbonio possono migliorare la resistenza meccanica. In questo modo, la pasta per elettrodi non si rompe facilmente se sottoposta a forze esterne. Gli antiossidanti possono migliorare la capacità antiossidante alle alte temperature e prolungare la durata di vita. Tuttavia, il tipo e la quantità di additivi devono essere sottoposti a un gran numero di esperimenti e a test rigorosi per evitare di influenzare altre proprietà.

Preparazione della pasta di carbonio Fase

Pesare il toner e l'adesivo

Pesare la polvere di carbonio e gli adesivi secondo una formula accuratamente studiata. Utilizzare una bilancia elettronica ad alta precisione per pesare accuratamente le materie prime di carbonio e gli adesivi. Durante la pesatura, controllare rigorosamente le condizioni ambientali per evitare che le materie prime di carbonio siano igroscopiche o si deteriorino a causa di variazioni di temperatura e umidità. Utilizzare le materie prime a facile igroscopicità in un ambiente asciutto e lavorarle il prima possibile. Calibrazione regolare della bilancia per garantire una pesatura accurata. I requisiti di prestazione della pasta per elettrodi in diversi scenari applicativi sono diversi; è necessario considerare l'utilizzo dell'ambiente, le prestazioni e i costi per determinare la formula migliore.

Macinazione mista

Mescolare e macinare le materie prime e gli adesivi misurati in un miscelatore ad alta velocità o in un'impastatrice potente. Per prima cosa, mescolare a bassa velocità per 10-15 minuti per disperdere inizialmente le particelle più grandi. Quindi aumentare la velocità e riscaldare fino a 150-180 ℃, in modo che la pece di carbone si ammorbidisca e avvolga le particelle di carbone. Continuare a mescolare per 30-45 minuti. La miscela completamente agitata viene trasferita al mulino a sfere e ad altre apparecchiature per 2-4 ore. Per affinare le particelle di carbone, legare strettamente l'adesivo e migliorare l'uniformità e la stabilità della pasta di carbone.

Processo di formazione dell'elettrodo in pasta di carbonio

Metodo di riempimento manuale

Il metodo di riempimento manuale è un metodo di formazione degli elettrodi semplice e diretto. In primo luogo, si pulisce la matrice dell'elettrodo preparata (come ad esempio elettrodo in vetro-carbone) e asciugarlo con azoto. Quindi, prendere una quantità adeguata di pasta di carbonio preparata. Riempire con cura la pasta di carbonio sulla superficie della base dell'elettrodo o in una scanalatura specifica con pinzette o bacchette di vetro. Durante il riempimento, la pasta di carbonio deve essere distribuita il più possibile in modo uniforme per evitare buchi o spessori non uniformi. Dopo il riempimento, premere delicatamente la pasta di carbonio con il dito o con uno strumento per legarla saldamente alla base dell'elettrodo. Questo metodo è facile da usare, non richiede attrezzature speciali, ma l'esperienza dell'operatore è elevata. Inoltre, la consistenza dell'elettrodo dopo la formatura è relativamente scarsa.

Metodo di formatura dello stampo

Il metodo di formatura a stampo consente di preparare elettrodi in pasta di carbonio di forma regolare, dimensioni accurate e buona consistenza. Innanzitutto, in base alla forma e alle dimensioni dell'elettrodo desiderate, si seleziona o si personalizza lo stampo appropriato, ad esempio uno stampo in PTFE. Dopo aver pulito e asciugato lo stampo, applicare uniformemente uno strato di agente distaccante sulla superficie dello stampo per il successivo rilascio. Quindi, riempire la pasta di carbonio nella cavità dello stampo e l'utensile compatta la pasta di carbonio. Per garantire che la pasta di carbonio riempia completamente lo stampo e che la superficie sia piatta. Lo stampo con la pasta di carbonio viene quindi posto a determinate condizioni di temperatura e pressione per l'indurimento. (Se si utilizza un legante che deve essere polimerizzato, come la resina epossidica). Dopo la polimerizzazione, si apre con cautela lo stampo e si rimuove l'elettrodo in pasta di carbonio formato. Questo metodo è adatto a scenari di preparazione e applicazione su larga scala che richiedono un'elevata precisione dimensionale e di forma dell'elettrodo.

Post-trattamento dell'elettrodo in pasta di carbonio

Smerigliatura e lucidatura di superfici

La superficie dell'elettrodo in pasta di carbonio formato può essere irregolare o ruvida. Ciò influisce sulle prestazioni elettrochimiche e sulla riproducibilità dell'elettrodo. Pertanto, è necessario levigare e lucidare la superficie dell'elettrodo. In primo luogo, la superficie dell'elettrodo viene smerigliata con carta vetrata per rimuovere le asperità e le irregolarità più evidenti. (da grana grossa a grana fine, come 200 mesh, 400 mesh, 800 mesh, 1200 mesh, ecc.) Durante il processo di rettifica, è necessario prestare attenzione a mantenere uniforme la forza sulla superficie dell'elettrodo. Per evitare di danneggiare lo strato di pasta di carbonio. Quindi, lucidare l'elettrodo utilizzando un panno per lucidare e una pasta per lucidare (come la pasta per lucidare l'allumina). Per ottenere un effetto specchio sulla superficie dell'elettrodo. La superficie lucidata dell'elettrodo è più liscia e può ridurre efficacemente la corrente di fondo dell'elettrodo e migliorare la sensibilità e la stabilità di risposta dell'elettrodo.

Pulizia e attivazione

Particelle abrasive, pasta di lucidatura e altre impurità possono rimanere sulla superficie dell'elettrodo dopo la rettifica e la lucidatura e devono essere pulite. Immergere gli elettrodi in etanolo anidro per 5-10 minuti di pulizia a ultrasuoni, quindi risciacquare con acqua deionizzata e asciugare con azoto. L'elettrodo pulito deve essere attivato per migliorarne l'attività elettrochimica. Il metodo di attivazione di solito utilizza la voltammetria elettrochimica ciclica per scansionare l'elettrodo più volte a una certa velocità di scansione (ad esempio 50mV/s) in un elettrolita specifico. In questo modo si forma un sito attivo stabile sulla superficie dell'elettrodo, ottimizzando così le prestazioni elettrochimiche dell'elettrodo.

Ispezione della qualità e valutazione delle prestazioni

Ispezione dell'aspetto

Controllare l'aspetto dell'elettrodo a occhio nudo e al microscopio. Verificare a occhio nudo se la forma complessiva dell'elettrodo è regolare. Se la pasta di carbonio è completa e se ci sono crepe, fori o cadute. Con il microscopio si può osservare la struttura microscopica della pasta di carbonio. Ad esempio, se la distribuzione della polvere di carbonio e grafite è uniforme e lo stato del rivestimento adesivo. La superficie dell'elettrodo di alta qualità deve essere liscia e la pasta di carbonio deve essere ben unita alla matrice senza difetti evidenti.

Test di prestazione elettrochimica

È possibile utilizzare la workstation elettrochimica per testare le prestazioni degli elettrodi in pasta di carbonio. I metodi più comuni includono la voltammetria ciclica (CV), la voltammetria differenziale a impulsi (DPV) e la spettroscopia di impedenza CA (EIS). La CV studia il comportamento REDOX dell'elettrodo, misura la risposta di corrente a diversi potenziali, determina il potenziale di picco REDOX e la corrente. Inoltre, valuta le prestazioni catalitiche di sostanze specifiche. Il DPV ha un'elevata sensibilità e analizza la variazione di corrente in presenza di un potenziale impulsivo per rilevare le sostanze a bassa concentrazione. L'EIS studia il trasferimento di carica dell'interfaccia elettrodo/soluzione e la resistenza interna, misura l'impedenza CA di diverse frequenze per ottenere i parametri del circuito equivalente. Valuta inoltre le prestazioni dell'interfaccia e la capacità di trasporto degli elettroni.

Conclusione

La produzione di elettrodi in pasta di carbonio prevede numerose fasi e complessi fattori di influenza. Dalla selezione del materiale, alla preparazione, allo stampaggio, al post-trattamento e alla valutazione delle prestazioni, ogni anello è cruciale. Un controllo ragionevole dei parametri può produrre elettrodi di alta qualità e il futuro processo produttivo continuerà a essere ottimizzato e innovato.