黒鉛のどの特性が電極作りに生かされているか？

電極製造における黒鉛電極の重要な原料である黒鉛は、その特異な性質から電極製造には欠かせないものです。電極は、電気化学分野の電池や電気分解から、電気分野の電気炉製鋼まで、幅広い産業分野で広く使用されています。その性能は、関連プロセスの効率、製品の品質、エネルギー消費に直接影響します。

グラファイトの基本情報

外見

黒鉛は濃い灰色で、金属光沢があり、柔らかい質感、滑らかな手触りで、特殊な結晶構造から、摩擦の潤滑の役割を果たすことができる。その密度は約2.09-2.23g/cm3であり、それで作られた電極は良好な性能と軽量を持っています。重量が要求される機器に適している。

化学構造

グラファイトは典型的な層状構造である。層中の炭素原子は共有結合で六角形の平面ネットワークを形成し、層は弱いファンデルワールス力によって維持されている。層間の共有結合はグラファイトに安定性と強度を与える。また、弱い層間相互作用がインターカレーション化合物の形成を可能にし、応用分野を広げている。

電極に使用される黒鉛の特徴

良好な導電性

グラファイトの最も優れた特徴のひとつは、その優れた電気伝導性である。その結晶構造では、各炭素原子は共有結合によって周囲の3個の炭素原子としか結合していない。そして残りの1価の電子は、層内で自由に移動して自由電子ガスを形成することができる。これらの自由電子は、印加された電界の作用により、急速かつ方向性をもって移動することができる。こうして電流が形成され、グラファイトが優れた電気伝導性を持つようになる。

多くの金属と比較すると、電気伝導率は数値的には若干劣るかもしれないが。電気伝導率に対する要求が極端に高くないなど、特定の応用シーンでは、その電気伝導率はニーズを満たすことができる。しかし、材料の化学的安定性とコストに厳しい制約があり、その電気伝導率はニーズを満たすことができました。そして、そのコスト面の利点と化学的安定性により、より適した選択肢となっている。例えば、通常の乾電池では、黒鉛電極が良好な導電性の役割を果たしている。電池内部の化学反応によって発生した電子を伝導し、安定した電流出力を形成する。

高融点、高温耐性

融点は約3652～3697℃と非常に高い。そのため、高温環境下でも安定した物理的・化学的特性を維持することができる。この高融点と高温耐性は、電極製造において重要な役割を果たしている。電炉製鋼、電解アルミニウムなど多くの工業生産プロセスにおいて、電極は非常に高い温度で作業する必要がある。製鋼プロセスでは、電極と装入物の間に発生するアークが数千℃の高温を生み出すことがあります。

このような高温環境下でのグラファイト電極は、溶融や変形を起こさないだけでなく、安定して働き続けることができる。電気エネルギーを効率よく熱エネルギーに変換し、電荷の加熱と溶融を実現します。電極材料の融点が低いと、高温で急速に溶けてしまう。その結果、電極が損傷し、生産効率に影響を与えるだけでなく、生産コストも増加します。

化学的安定性

グラファイトは、ほとんどの化学的環境において良好な化学的安定性を示す。一般的な酸、塩基、塩類、その他の化学物質とは化学反応しにくい。また、様々な腐食性媒体中で独自の構造と性能の安定性を維持することができる。電気分解の過程では、電極を電解液に長時間浸す必要がある。電極材料の化学的安定性が良くないと、電解液によって腐食される。その結果、電極の寿命が短くなり、電解プロセスの正常な進行にも影響を及ぼす。

について 黒鉛電極その優れた化学的安定性により、電解液中で長時間安定して働くことができます。効率的で継続的な電解反応を保証します。例えば、クロールアルカリ工業では、塩水を電気分解して塩素、水素、水酸化ナトリウムを調製するのに使用できます。また、強アルカリ性電解液の環境では、安定的に動作することができ、工業生産に信頼性の高い保証を提供します。

加工性

加工性が良いため、様々な形状やサイズの電極に加工できる。様々な応用場面のニーズを満たすことができる。黒鉛は比較的柔らかいため、従来の機械加工法で容易に加工することができます。例えば、切断、穴あけ、研削など。電子機器の製造では、グラファイトを極薄の高精度電極シートに加工する必要がある。そして、精密な切削加工や研削加工により、グラファイトの精密な加工を実現し、電子機器に要求される厳しい電極サイズや精度を満たすことができる。さらに、加工中に変形やクラックが発生しにくい。加工後の電極の品質と性能を確保することができる。

黒鉛電極の製造プロセスと応用

製造工程

原料の前処理：

以下のような高品質の黒鉛原料を選択する。 石油コークス.また、高温で焼成して不純物、水分、揮発性成分を除去し、純度と安定性を向上させる。

混練成形：

原料と石炭ピッチなどのバインダーを割合で混合する。加熱攪拌後、所定の形状に成形する。

ローストする：

ボディを1000～1300℃でローストする。 カーボナイズ バインダーは、電極の強度と密度を高める。

含浸：

焼成した電極をアスファルトなどの含浸剤に浸し、圧力と温度をかけて気孔を埋めることで性能を向上させる。

グラフィティ化：

含浸した電極を2500～3000℃で黒鉛化することで、炭素原子がより規則正しく配置され、性能が強化される。

機械加工：

寸法精度と表面品質の要求を達成するため、要求に応じて黒鉛化電極を切断・研磨する。

黒鉛電極の応用分野

鉄鋼業：

電気炉製鋼において、黒鉛電極は極めて重要である。黒鉛電極の高い導電性と高温耐性を利用して、強い電流を入力し、高温のアーク溶解電荷を生成します。鉄鋼業界の要求が向上するにつれて、黒鉛電極の製造技術の開発が促進されています。

電解アルミニウム産業：

電解アルミニウムの陽極として使用することができます。また、高温溶融、強腐食の電解液中で導通電流が安定します。電解アルミニウムは大規模でエネルギー消費量が大きいため、電極の導電性、化学的安定性、寿命が要求されます。

電気化学産業：

クロールアルカリ工業で広く使用できる、 電気めっき電解精製などの分野で使用されています。クロルアルカリ工業において、黒鉛電極陽極は強アルカリ電解液中で高効率の電気分解を実現します。電気メッキの際、メッキ液にテーブル電流を供給し、高品質の電気メッキを保証します。

電子分野：

リチウムイオン電池では、負極として使用することができます。良好な導電性と化学的安定性により、リチウムイオンの埋め込みと除去、完全な充放電を実現します。半導体製造やその他の分野では、放電加工などの特殊加工に使用できます。高精度加工のニーズに対応。

結論

黒鉛は、電気伝導性がよく、融点が高く、化学的に安定で、加工が容易であるため、理想的な電極材料である。高性能電極は複雑な技術によって作られ、広く使われている。科学技術の発展は、その技術革新を促進する。また、将来的にはより多くの分野で役立つことが期待されている。そして、産業発展を促進するために、プロセスを最適化することが必要である。