Como fazer um eletrodo de pasta de carbono?

O eletrodo de pasta de carbono é um tipo de material condutor usado em fornos minerais, fornos de carboneto de cálcio e outros equipamentos. Ele é composto de matérias-primas de carbono e adesivos com vantagens exclusivas no monitoramento ambiental e em outros campos. Tem um processo de preparação simples, baixo custo, modificável, ajuste flexível de propriedades, pesquisa científica e atenção à aplicação prática.

Preparação de materiais

Matérias-primas carbonáceas

Os principais materiais de carbono do pasta de eletrodo são o coque de petróleo, o coque de asfalto e o grafite. O coque de petróleo tem alto teor de carbono, menos impurezas e menor resistividade após a calcinação em alta temperatura. O coque de asfalto tem alta resistência mecânica e boa condutividade elétrica, o que pode aumentar a estabilidade do eletrodo. Sucata de grafite tem excelente condutividade elétrica e térmica, o que pode melhorar a transferência de calor e o desempenho do transporte de elétrons. De fato, de acordo com o uso da pasta de eletrodos, a proporção entre eles é ajustada com precisão.

Fichário

Carvão betume é o aglutinante mais comumente usado. Aquecido a uma determinada temperatura, ele muda de sólido para líquido, revestindo as partículas de carbono de maneira uniforme e permitindo que elas se liguem firmemente. O ponto de amolecimento do asfalto de carvão determina sua faixa de temperatura de fluxo de amolecimento. E o ponto de amolecimento adequado permite que ele se infiltre totalmente na matéria-prima quando aquecido. Ele fornece força de ligação suficiente após o resfriamento e mantém a forma e a estrutura da pasta do eletrodo. O valor de coqueificação reflete sua capacidade de coqueificação em altas temperaturas. E o valor de coqueificação mais alto ajuda a melhorar a resistência mecânica e a condutividade elétrica da pasta do eletrodo em alta temperatura.

Aditivos

Para otimizar o desempenho da pasta do eletrodo, às vezes são adicionados aditivos específicos. O pó de cobre, o pó de alumínio e outros pós metálicos, devido à boa condutividade elétrica, podem melhorar significativamente a condutividade elétrica após a adição. Materiais de fibra, como fibra de carbono, podem aumentar a resistência mecânica. Assim, a pasta do eletrodo não é fácil de quebrar quando submetida a forças externas. Os antioxidantes podem melhorar a capacidade antioxidante em altas temperaturas e prolongar a vida útil. Entretanto, o tipo e a quantidade de aditivos devem ser submetidos a um grande número de experimentos e testes rigorosos para evitar que afetem outras propriedades.

Preparação da pasta de carbono Etapa

Pesar o toner e o adesivo

Pesar o pó de carbono e os adesivos de acordo com a fórmula cuidadosamente projetada. Use uma balança eletrônica de alta precisão para pesar com exatidão as matérias-primas de carbono e os adesivos. Durante a pesagem, controle rigorosamente as condições ambientais para evitar a higroscopicidade ou a deterioração das matérias-primas de carbono devido a mudanças de temperatura e umidade. Opere as matérias-primas de fácil higroscopicidade em um ambiente seco e processe-as o mais rápido possível. Calibração regular da balança para garantir a precisão da pesagem. Os requisitos de desempenho da pasta de eletrodo em diferentes cenários de aplicação são diferentes, sendo necessário considerar o uso do ambiente, o desempenho e o custo para determinar a melhor fórmula.

Moagem mista

Misture e triture as matérias-primas e os adesivos medidos em um misturador de alta velocidade ou em uma máquina de amassar forte. Primeiro, mexa em baixa velocidade por 10 a 15 minutos para dispersar inicialmente as partículas grandes. Em seguida, aumente a velocidade e aqueça até 150-180 ℃, permitindo que o piche de carvão amoleça e envolva as partículas de carbono. E continue a mexer por 30 a 45 minutos. A mistura totalmente agitada também é transferida para o moinho de bolas e outros equipamentos por 2 a 4 horas. Para refinar as partículas de carbono, unir firmemente o adesivo e melhorar a uniformidade e a estabilidade da pasta de carbono.

Processo de formação de eletrodo de pasta de carbono

Método de enchimento manual

O método de preenchimento manual é um método simples e direto de formação de eletrodos. Primeiro, limpe a matriz do eletrodo preparado (como eletrodo de carbono vítreo) e seque-o com nitrogênio. Em seguida, pegue uma quantidade adequada de pasta de carbono preparada. Preencha cuidadosamente com pasta de carbono na superfície da base do eletrodo ou em uma ranhura específica com uma pinça ou bastão de vidro. Durante o preenchimento, a pasta de carbono deve ser distribuída uniformemente, tanto quanto possível, para evitar buracos ou espessuras irregulares. Após o preenchimento, pressione suavemente a pasta de carbono com o dedo ou com uma ferramenta para prendê-la firmemente à base do eletrodo. Esse método é fácil de operar, não é necessário nenhum equipamento especial, mas a experiência do operador é alta. E a consistência do eletrodo após a formação é relativamente ruim.

Método de formação de molde

O método de formação de molde pode preparar eletrodos de pasta de carbono com formato regular, tamanho preciso e boa consistência. Primeiro, de acordo com o formato e o tamanho desejados do eletrodo, selecione ou personalize o molde apropriado, como o molde de PTFE. Depois que o molde for limpo e seco, aplique uniformemente uma camada de agente desmoldante na superfície do molde para a liberação subsequente. Em seguida, preencha a pasta de carbono na cavidade do molde, e a ferramenta compacta a pasta de carbono. Para garantir que a pasta de carbono preencha completamente o molde e a superfície fique plana. O molde com a pasta de carbono é então colocado sob determinadas condições de temperatura e pressão para a cura. (Se estiver usando um aglutinante que precise ser curado, como a resina epóxi). Após a cura, abra cuidadosamente o molde e remova o eletrodo de pasta de carbono formado. Esse método é adequado para cenários de preparação e aplicação em larga escala que exigem alta precisão dimensional e de formato do eletrodo.

Pós-tratamento do eletrodo de pasta de carbono

Retificação e polimento de superfícies

A superfície do eletrodo de pasta de carbono formado pode ser irregular ou áspera. Isso afetará o desempenho eletroquímico e a reprodutibilidade do eletrodo. Portanto, é necessário lixar e polir a superfície do eletrodo. Primeiro, a superfície do eletrodo é lixada com uma lixa para remover saliências óbvias e partes irregulares. (De granulação grossa a fina, como 200 mesh, 400 mesh, 800 mesh, 1200 mesh etc.) Durante o processo de esmerilhamento, você deve prestar atenção para manter a força uniforme na superfície do eletrodo. Para evitar danos à camada de pasta de carbono. Em seguida, faça o polimento do eletrodo usando um pano de polimento e pasta de polimento (como pasta de polimento de alumina). Para obter um efeito de espelho na superfície do eletrodo. A superfície polida do eletrodo é mais lisa, o que pode reduzir efetivamente a corrente de fundo do eletrodo e melhorar a sensibilidade e a estabilidade da resposta do eletrodo.

Limpeza e ativação

Partículas abrasivas, pasta de polimento e outras impurezas podem permanecer na superfície do eletrodo após o esmerilhamento e o polimento, e precisam ser limpas. Deixe os eletrodos de molho em etanol anidro por 5 a 10 minutos para limpeza ultrassônica, depois enxágue com água deionizada e seque com nitrogênio. O eletrodo limpo também precisa ser ativado para melhorar a atividade eletroquímica do eletrodo. O método de ativação geralmente usa a voltametria cíclica eletroquímica para fazer a varredura do eletrodo várias vezes em uma determinada taxa de varredura (como 50mV/s) em um eletrólito específico. Assim, um local ativo estável é formado na superfície do eletrodo, otimizando o desempenho eletroquímico do eletrodo.

Inspeção de qualidade e avaliação de desempenho

Inspeção de aparência

Verifique a aparência do eletrodo a olho nu e com o microscópio. Verifique a olho nu se o formato geral do eletrodo é regular. Se a pasta de carbono está completa e se há rachaduras, buracos ou quedas. Você pode usar o microscópio para observar a estrutura microscópica da pasta de carbono. Por exemplo, se a distribuição do pó de carbono grafite é uniforme e o estado do revestimento adesivo. A superfície do eletrodo de alta qualidade deve ser lisa e a pasta de carbono deve estar firmemente combinada com a matriz, sem defeitos óbvios.

Teste de desempenho eletroquímico

Você pode usar a estação de trabalho eletroquímica para testar o desempenho dos eletrodos de pasta de carbono. Os métodos comuns incluem voltametria cíclica (CV), voltametria de pulso diferencial (DPV) e espectroscopia de impedância CA (EIS). A CV estuda o comportamento REDOX do eletrodo, mede a resposta de corrente em diferentes potenciais, determina o potencial de pico REDOX e a corrente. Além disso, avalia o desempenho catalítico de substâncias específicas. O DPV tem alta sensibilidade, analisando a mudança de corrente sob potencial de pulso para detectar substâncias de baixa concentração. O EIS estuda a transferência de carga da interface eletrodo/solução e a resistência interna, mede a impedância CA de diferentes frequências para obter parâmetros de circuito equivalente. E avalia o desempenho da interface e a capacidade de transporte de elétrons.

Conclusão

A produção do eletrodo de pasta de carbono tem muitas etapas e fatores de influência complexos. Desde a seleção do material, a preparação, a moldagem, o pós-tratamento e a avaliação do desempenho, cada elo é crucial. O controle razoável dos parâmetros pode produzir eletrodos de alta qualidade, e o futuro processo de produção continuará a ser otimizado e inovado.