Знаете ли вы, какие сценарии применения имеют печи карбонизации в области новой энергетики I. Обзор технологии печей карбонизации как устройства высокотемпературной обработки, Carbonizatio

Знаете ли вы, какие сценарии применения имеют печи карбонизации в области новой энергетики?

I. Обзор технологии печей карбонизации

Как устройство высокотемпературной обработки, печь карбонизации играет все более важную роль в области новой энергетики. Его основная функция — превращать органические предшественники в углеродные материалы с особыми свойствами посредством процесса высокотемпературного пиролиза. Современные печи карбонизации обычно могут достигать контролируемого диапазона температур от 500 до 3000 ℃ в инертной атмосфере, такой как азот или аргон, что соответствует требованиям карбонизации различных материалов.

Ключевые параметры процесса карбонизации включают скорость нагрева, максимальную температуру, время выдержки, метод охлаждения и т. д. Эти факторы напрямую влияют на микроструктуру и характеристики конечного продукта. В связи с быстрым развитием новых энергетических технологий оборудование печей карбонизации постоянно модернизируется, и появились новые конструкции, такие как печи непрерывной карбонизации и микроволновые печи карбонизации, отвечающие требованиям крупномасштабного производства и подготовки специальных материалов.

II. Приготовление анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов

В области литий-ионных аккумуляторов печи карбонизации являются ключевым оборудованием для производства высокоэффективных анодных материалов. Анодные материалы на основе графита необходимо карбонизировать, чтобы превратить предшественники (такие как нефтяной кокс, игольчатый кокс и т. д.) в углеродные материалы с подходящей кристаллической структурой.

Производство искусственного графита: сырье, такое как нефтяной кокс, подвергается графитизационной обработке в высокотемпературной печи карбонизации при температуре выше 2800 ℃, образуя графитовые материалы с высокоупорядоченной слоистой структурой. Этот материал обладает превосходной электропроводностью и циклической стабильностью и в настоящее время является одним из основных анодных материалов.

Подготовка твердоуглеродных/мягких углеродных материалов: биомасса или предшественники полимеров пиролизуются в среднетемпературной печи карбонизации при температуре 1000-1600 ℃ с образованием неупорядоченной углеродной структуры. Этот тип материала имеет большое межслоевое расстояние, что способствует быстрой интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития и особенно подходит для сценариев высокоскоростного применения.

Обработка кремний-углеродного композиционного материала: для решения проблемы объемного расширения материалов на основе кремния используются печи карбонизации для формирования слоя углеродного покрытия на поверхности частиц кремния. Это не только повышает электропроводность, но и смягчает изменения объема, значительно продлевая срок службы.

III. Обработка ключевых материалов для топливных элементов

Печи карбонизации также имеют важное применение в области топливных элементов, особенно при подготовке материала топливных элементов с протонообменной мембраной (PEMFC) и твердооксидных топливных элементов (SOFC):

Обработка носителя катализатора. Платиново-углеродный катализатор, обычно используемый в катодах топливных элементов, требует углеродного носителя с высокой удельной поверхностью. Печь карбонизации используется для преобразования органических предшественников в проводящие носители углерода с хорошо развитой пористой структурой. Поверхностные свойства и пористая структура этих носителей оказывают решающее влияние на эффективность катализатора.

Производство биполярных пластин: Графитовые биполярные пластины являются одним из основных компонентов PEMFC. Электропроводность, коррозионная стойкость и механическая прочность материалов могут быть повышены за счет обработки в печи карбонизации, что соответствует требованиям долгосрочной эксплуатации батарей топливных элементов.

Подготовка электродных материалов ТОТЭ. Для твердооксидных топливных элементов можно использовать печи карбонизации для подготовки электродных материалов на основе никеля или перовскита с определенной пористостью и проводящей сеткой, оптимизируя трехфазную границу раздела и каналы передачи газа.

Вакуумная печь карбонизации

Ив. Разработка электродных материалов для суперконденсаторов

Производительность суперконденсаторов как важного устройства накопления энергии во многом зависит от характеристик материалов электродов. Основные области применения печей карбонизации в этой области включают:

Подготовка активированного угля: благодаря точному контролю температуры и времени карбонизации биомасса (например, скорлупа кокосовых орехов, древесина) или синтетические прекурсоры преобразуются в материалы из активированного угля с чрезвычайно высокой удельной поверхностью (до 3000 м²/г). Этот тип материала является идеальным электродом для двухслойных конденсаторов.

Обработка материалов на основе графена: оксид графена может восстановить свою проводящую сеть после восстановления в печи карбонизации. Между тем, регулируя параметры процесса, можно ввести соответствующие функциональные группы и дефекты, чтобы сбалансировать емкостные характеристики и скоростную емкость материала.

Углеродные материалы, легированные гетероатомами. Введение гетероатомов, таких как азот, сера и фосфор, в процессе карбонизации может значительно изменить электронную структуру и химические свойства поверхности углеродных материалов, улучшая их характеристики псевдоемкости.

V. Применение фотоэлектрических систем и систем хранения энергии

Производство фотоэлектрических кремниевых материалов. В процессе получения поликристаллического кремния используются печи карбонизации для очистки кремния металлургического качества и удаления примесных элементов с помощью высоких температур. Кроме того, получение карбида кремния (SiC) как полупроводникового материала третьего поколения также не обходится без процессов высокотемпературной карбонизации.

Упаковка материала для хранения энергии с фазовым переходом: пористые углеродные материалы, приготовленные в печи карбонизации, могут служить опорной основой для материалов с фазовым переходом, решая проблему утечки жидкой фазы при сохранении хорошей теплопроводности, и применяются в системах хранения солнечной тепловой энергии.

Оптимизация термоэлектрических материалов. Некоторые термоэлектрические материалы, такие как селенид свинца, необходимо подвергать карбонизации, чтобы регулировать концентрацию носителей и характеристики границ зерен, тем самым повышая эффективность термоэлектрического преобразования.

Шесть. Ключевые игроки в цепочке водородной энергетики

Подготовка материалов для хранения водорода. Материалы для хранения водорода на основе углерода, такие как активированные углеродные волокна и углеродные нанотрубки, должны оптимизировать свою пористую структуру и свойства поверхности посредством точно контролируемых процессов карбонизации, чтобы повысить емкость хранения водорода.

Носитель электролитического водного катализатора. Легированный азотом углеродный материал, приготовленный в печи карбонизации, может служить эффективным носителем для катализаторов электролитического производства водорода, обеспечивая стабильную проводящую сеть и активные центры.

Предварительная обработка для производства водорода из биомассы: В процессе производства водорода при газификации биомассы печь карбонизации может использоваться для предварительной карбонизации сырья, повышая последующую эффективность газификации и скорость производства водорода.

VII. Новые приложения и будущие тенденции

Благодаря постоянному развитию новых энергетических технологий сценарии применения печей карбонизации постоянно расширяются:

Материалы для натрий-ионных батарей. Ионно-натриевые батареи, аналогичные литий-ионным батареям, но с более низкой стоимостью, основаны на оптимизации процесса карбонизации твердых углеродных анодных материалов.

Сепаратор литий-серных аккумуляторов. Пористый углеродный материал, полученный путем карбонизации, можно использовать в качестве функционального сепаратора для литий-серных аккумуляторов для подавления челночного эффекта полисульфидов.

Оптимизация интерфейса с твердым электролитом. Благодаря обработке карбонизацией на поверхности твердых электролитов можно сформировать стабильный интерфейсный слой, уменьшая импеданс интерфейса.

В будущем технология печей карбонизации будет развиваться в направлении более точного управления, более масштабного производства и снижения энергопотребления. Новые технологии, такие как микроволновая карбонизация и плазменная карбонизация, еще больше улучшат характеристики материала и сократят время обработки. Между тем, интеллектуальная система управления обеспечит цифровизацию и отслеживаемость процесса карбонизации, отвечая строгим требованиям новой энергетической отрасли к постоянству материалов.

В заключение отметим, что в качестве основного устройства для подготовки новых энергетических материалов печь карбонизации применяется во многих ключевых областях, таких как хранение энергии, выработка электроэнергии и водородная энергетика. По мере достижения цели углеродной нейтральности технология печей карбонизации будет продолжать совершенствоваться, обеспечивая более эффективные и экологически чистые решения в области материалов для новой энергетической отрасли.