Grafit Anot

Grafit Anot Malzemesi

Anotlar için Neden Grafit Seçilmeli?

Grafit, hem yığın hem de yüzey greftlerinin yüksek elektronik iletkenliklerinin yanı sıra döngü sırasında Li-iyonlarının (de)sokulmasını içeren interkalasyon/deinterkalasyon süreçleri boyunca elektrokimyasal kararlılığı nedeniyle lityum-iyon pillerde en yaygın kullanılan anot malzemelerinden biri olarak bilinmektedir. Bu, lityum iyonlarının grafit yapıya zarar vermeden doldurabileceği anlamına geldiğinden uzun ömürlü piller için önemlidir. Dahası, grafit çelik veya başka bir maddeye kıyasla çok daha az ağırdır ve kimyasal olarak inerttir. Aslında grafit anot diğer inert elektrotlara tercih edilir.

İletkenliğin Önemi

Anot için grafit seçilmesinin nedeni iyi bir iletken olmasıdır; şarj veya deşarj işlemi sırasında elektronlar grafit içinde serbestçe hareket edebilir. Bu da bataryanın şarjını koruyarak ona bağlı olan her bir çerçeveye güç sağlayacaktır. Bu çok önemlidir, çünkü grafitin şaşırtıcı iletkenliği olmadan bir batarya gerçekten çalışamazdı.

Lityum-İyon Pillerde Grafit

Grafit anotlar lityum-iyon piller için vazgeçilmezdir. Şarj olurken lityum iyonları grafit katmanlar arasına girer. Boşaldıklarında katoda geri dönerler ve bu hareket, cihazlarınıza güç sağlamak için kullanılabilecek bir elektrik akımı oluşturur. Grafitin büyük miktarlarda elektrik enerjisini geri dönüşümlü olarak depolayabilmesi, onu Li-ion pillerde elektriğin depolanması ve serbest bırakılması için vazgeçilmez bir rezervuar haline getirmektedir.

Lityum-İyon Batarya vs Grafit Batarya

Grafit pilleri lityum-iyon pillerden ayıran en önemli fark anot malzemesinde yatmaktadır. Geleneksel pillerin aksine lityum-iyon pillerbazı yeni teknolojiler anot malzemesi olarak silisyum (sadece grafit yerine) kullanmaktadır. Bu iki malzeme arasında grafit çevrim ömrü açısından, silikon ise potansiyel enerji yoğunluğu açısından galip gelmektedir. Ancak sorun şu ki, silikon anotlar şarj sırasında kötü bir şişme yayıyor ve bu da batarya paketlerinde ölümcül yapısal hasara yol açıyor. Yine de grafit, performans ve güvenilirlik arasında gidip gelen daha yaygın bir malzemedir.

Grafit Anot Elektroliz Süreci

Lityum-iyon pillerin şarj ve deşarj işlemleri sırasında grafit anotta elektrokimyasal bir reaksiyon meydana gelir. Anottaki hücresel seviyede pil, yüklü lityum iyonlarının içeriye geçtiği ve grafitte yakalandığı elektrolizle çalışır. Deşarj sırasında iyonların serbest kalmasıyla, bu iyonlar bir kez daha katoda akar ve enerji açığa çıkar. Aynı zamanda tersine çevrilebilir olduğundan, grafit anodunuza ciddi zarar vermeden önce pili sayısız kez şarj etmenize olanak tanır.

Grafit Anot ve Silikon Anot Karşılaştırması

Silikon anotların daha yüksek teorik kapasitesi (tipik grafit olanlara kıyasla) bu malzemeye ilgi duyulmasını sağlamıştır. Grafit yerine silikon kullanımı, daha yüksek lityum iyon depolama kapasitesine sahip olduğu ve dolayısıyla batarya enerji yoğunluğunu artırabildiği için avantajlıdır. Ancak silikonun önemli bir dezavantajı vardır: pil şarj olurken ve boşalırken önemli ölçüde şişer ve küçülür. Bu olduğunda anot şişer, bu da tipik olarak çatlamasına ve nihayetinde başarısız olmasına neden olur. Buna karşılık grafit, birçok şarj-deşarj döngüsü boyunca yapısını koruyabilir, bu da onu uzun vadeli bir uygulama için daha dayanıklı ve güvenilir kılar. Silikon bazlı anotlar yüksek kapasiteli bataryaların geleceği olabilirken, çoğu uygulama hala eski güzel grafite dayanmaktadır.

Grafit Katot ve Anot

Bir lityum-iyon bataryada anot ve katot rolleri yer değiştirir. Şarj sırasında lityum iyonları anotta yaşarken, deşarj sırasında katotta bırakılırlar. Pratikte anot, lityum interkalasyonuna ilişkin kimyasal özellikleri nedeniyle grafittir. Bunun yerine, diğer malzemeler de kullanılmaktadır. katot - Örneğin lityum kobalt oksit veya demir fosfat - bu iyonları hem içeri alma hem de geri yakalama konusunda daha iyidir. İşte bu yüzden batarya işlevini anlamlandırmak için anot ve katotları kimliklerine göre düşünmek gerekir.

Grafit Anotların Üretim Süreci

Birincisi, hammadde grafitin temizlenmesi ve aşağıdaki gibi safsızlıkların giderilmesi gerekir SİLİKONdemir veya oksijen çıkarılır. Bir sonraki adım, grafitin bir macun yapmak için bağlayıcılarla karıştırılmasıdır. Bu macun daha sonra akım toplayıcı görevi gören bir bakır folyo üzerine rulo şeklinde kaplanır. Bu malzeme daha sonra kurutulur ve dolgu tabakası kaplandıktan sonra her yerinde eşit kalınlığa sahip olmasını sağlayacak şekilde sıkıştırılır. Anotlar, elektrokimyasal özelliklerini kazanmaları için yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılır. Bunlar ihtiyaç duyulan şekil ve boyutlarda kesilerek bataryalara dahil edilmek üzere son haline getirilir.

Anot Neden Çelikten Değil de Grafitten Yapılmıştır?

Çelik malzemenin elektrik iletkenliği düşüktür ve bu nedenle lityum çeliğin içine katılamaz. Bu da pil performansını büyük ölçüde düşürecektir. Öte yandan grafit çok iyi bir iletkendir ve lityum iyon hareketini çok fazla kırılma olmadan tolere edebilir. Grafit ayrıca hem ağırlık hem de kimyasal stabilite/korozyona karşı direnç göz önüne alındığında, çelik gibi malzemelere kıyasla pil anotları için mükemmel bir adaydır.

Grafit Anot Uygulamaları

Grafit anotların sadece lityum-iyon piller dışında birçok amacı vardır. Örneğin su elektrolizi gibi elektrokimyasal reaksiyonlarda kullanılırlar ve grafit kullanarak suyun hidrojen ve oksijene bölünmesine yardımcı olurlar. Grafit anotlar diğer pil türlerinde (sodyum-iyon pil gibi) ve enerji depolamada da kullanılır. Sentetik grafit anot, yenilenebilir enerjiye geçişte kullanılan kilit bir malzemedir çünkü güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir kaynakların kesintili doğasını depolamamıza olanak tanır.