Grafite artificial

Desempenho eletroquímico
Comparado com o grafite natural, o grafite artificial não só pode controlar sua qualidade e estrutura mais estritamente, mas também tem melhor desempenho eletroquímico. Como um material de bateria comum, o grafite sempre foi favorecido. No entanto, com o avanço contínuo da ciência e da tecnologia, as pessoas podem esmagar o grafite natural e então processar o grafite artificial por meio de processos químicos ou físicos. Portanto, como um material de bateria, ele tem uma ampla gama de perspectivas de aplicação e é conhecido como um material alternativo muito potencial.

Design personalizado
Ele também pode ajustar a estrutura e a morfologia para obter um design personalizado para atender aos requisitos de desempenho de diferentes cenários de aplicação. Por exemplo, ao controlar finamente sua microestrutura, ele pode se tornar diferentes tipos de materiais de bateria, como supercapacitores, materiais de armazenamento de energia e baterias de íons de lítio. Essa propriedade torna o grafite artificial um tópico quente no campo de pesquisa de materiais de bateria.

Alta condutividade elétrica
É um material feito de grafite natural, que muda sua estrutura cristalina por meio de sinterização em alta temperatura para formar um material com alta condutividade, estabilidade em alta temperatura e alta controlabilidade estrutural. É amplamente utilizado em muitos campos, mas o mais comumente usado é em baterias. O grafite artificial em baterias modernas é usado principalmente em placas negativas para armazenar e liberar íons no eletrodo negativo, o que gera uma corrente elétrica. Comparado ao grafite natural, ele é mais puro, tem maior condutividade e tem uma estrutura mais homogênea, o que melhora o desempenho e a vida útil da bateria.

Condutividade elétrica do grafite artificial
O fato de que o grafite artificial é eletricamente condutor resulta de sua estrutura atômica. Cada átomo de carbono em um cristal de grafite artificial tem quatro elétrons de valência, também chamados elétrons externos, que podem formar ligações com átomos vizinhos. No entanto, apenas três dos quatro elétrons de valência entram em uma ligação, enquanto o quarto elétron permanece livremente móvel e, portanto, permite que a eletricidade seja conduzida.

Condutividade térmica do grafite artificial
Grafite artificial tem excelente condutividade térmica combinada com alta resistência à temperatura. grafite artificial não tem ponto de fusão; ele muda do estado sólido diretamente para o estado gasoso. Esse processo é chamado de sublimação. Em uma atmosfera de gás inerte, grafite artificial se torna plasticamente deformável a partir de uma temperatura de 2500 graus. Em temperaturas acima de 3750 graus, grafite artificial sublima mesmo sem a presença de oxigênio.

Resistência química do grafite artificial
Grafite artificial é um dos materiais mais resistentes quimicamente. É resistente a quase todos os meios da química orgânica. Estes tipicamente incluem os produtos intermediários e/ou finais em petroquímicos, refino de carvão, indústria de plásticos, produção de tintas, revestimentos, refrigerantes e anticongelantes, mas também nas indústrias de cosméticos e alimentos. O grafite artificial também é resistente à maioria dos meios inorgânicos, como ácidos não oxidantes, álcalis, soluções aquosas de sal e a maioria dos gases técnicos.

Composição
Grafite Artificial:Produzido a partir de uma matéria-prima carbonácea por meio de processamento de alta temperatura, o grafite artificial exibe uma estrutura atômica altamente ordenada. Ele ostenta um nível de pureza que excede 99% de carbono, com as impurezas restantes compreendendo principalmente cinzas e materiais voláteis.
Grafite Natural:Derivado de depósitos minerais naturais, o grafite natural é formado por meio do metamorfismo de material orgânico. Ele consiste em conteúdo de carbono variável, tipicamente variando de 15% a 95%, com a composição restante compreendendo impurezas como cinzas, enxofre e oligoelementos.

Processos de Fabricação
Grafite Artificial:A produção de grafite artificial envolve a grafitização de materiais carbonáceos, como coque de petróleo ou piche de alcatrão de hulha, a temperaturas que excedem 2.500 graus. Esse processo permite o alinhamento de átomos de carbono, resultando em uma estrutura altamente cristalina com excelente condutividade térmica e elétrica.
Grafite Natural:Extraído de minas ou pedreiras, o grafite natural passa por vários tratamentos mecânicos e químicos para melhorar sua qualidade. Esses processos incluem moagem, flotação, purificação e micronização, permitindo a remoção de impurezas e o ajuste do tamanho e distribuição das partículas.

Propriedades físicas e químicas
Grafite Artificial:O grafite artificial possui propriedades físicas superiores em comparação com sua contraparte natural. Ele exibe alta densidade, baixa porosidade e notável condutividade térmica e elétrica. Além disso, o grafite artificial oferece excelente resistência à corrosão química, tornando-o adequado para aplicações exigentes.
Grafite Natural:O grafite natural exibe menor densidade, maior porosidade e condutividade térmica e elétrica moderada. Suas propriedades podem variar dependendo da origem e das técnicas de processamento empregadas. Embora possa não ter o mesmo nível de desempenho do grafite artificial, o grafite natural ainda encontra ampla aplicação em várias indústrias.

Aplicações
Grafite Artificial:Devido às suas propriedades excepcionais, o grafite artificial encontra ampla utilização em indústrias avançadas. É um componente essencial em baterias de íons de lítio, aumentando sua densidade de energia e estendendo sua vida útil. O grafite artificial também é utilizado em aplicações de alta temperatura, como cadinhos, eletrodos e elementos de aquecimento.
Grafite Natural:O grafite natural encontra aplicação em diversos setores. É comumente usado como lubrificante devido às suas propriedades autolubrificantes. Além disso, o grafite natural é empregado nas indústrias siderúrgica e automotiva para cadinhos, revestimentos de fundição, lonas de freio e juntas. Ele também serve como um material de ânodo em baterias alcalinas e em reatores nucleares como moderador.

Preparação de pó e pasta
Matérias-primas para fabricação de grafite artificial (coque de petróleo, coque de piche, negro de fumo, grafite natural e sucata de grafite secundária são carregadas e armazenadas em silos de matéria-prima. Primeiro, as matérias-primas são moídas em trituradores e moinhos de bolas. O pó resultante é então condicionado de acordo com a distribuição do tamanho das partículas. Finalmente, o pó é misturado com um ligante para produzir uma pasta. Piche de alcatrão de hulha ou piche de petróleo são usados ​​como ligantes.

Formando formas
A mistura pastosa resultante pode ser compactada usando uma das técnicas de formação de formas: extrusão, vibromoldagem ou prensagem isostática a frio.
● A extrusão consiste em forçar a mistura pastosa através de uma matriz com uma abertura. A extrusão resulta em um produto longo, como hastes, barras, placas longas ou tubos com seções transversais regulares, que podem ser cortados em pedaços do comprimento necessário. Os materiais de grafite extrudados são isotrópicos. As propriedades na direção da extrusão diferem das propriedades em outras direções.
● A moldagem por vibração é um método de moldagem descontínua para produtos com grandes dimensões. Um molde é preenchido com a mistura pastosa e uma placa de metal pesada é colocada sobre ele. Então o material é compactado pela vibração do molde. Os corpos formados mostram um grau maior de isotropia em comparação aos materiais extrudados.
● A prensagem isostática a frio é o método de compactação de pó conduzido à temperatura ambiente e envolvendo a aplicação de pressão de múltiplas direções através de um meio líquido ao redor da parte compactada. Um molde flexível imerso em um meio líquido pressurizado é usado. Materiais com estrutura anisotrópica uniforme são preparados usando o método de prensagem isostática.

Cozimento
As partes compactadas são tratadas termicamente em um forno de cozimento anaeróbico a temperaturas entre 900 e 1200 graus (1650 e 2200 graus F). A carbonização ocorre durante o cozimento. Ela resulta na decomposição térmica do ligante em carbono elementar e componentes voláteis. O carbono formado no processo de carbonização liga as partículas de pó. O volume do ligante é maior que o volume do carbono formado. Portanto, a carbonização resulta na formação de poros. O volume relativo total de porosidade é determinado pela quantidade de ligante.

Impregnação de piche
Neste ponto do processo, as peças de carbono podem ser impregnadas com piche e recozidas para reduzir sua porosidade. A impregnação é tipicamente realizada usando um piche com viscosidade mais baixa do que o piche do ligante original. Baixa viscosidade é necessária para preencher as lacunas mais completamente. Piche de petróleo é normalmente utilizado para esta função. Para alguns graus de grafite de alta densidade, as peças de carbono podem passar pelo ciclo de cozimento, impregnação de piche e recozimento várias vezes.

Grafitização
Nesta fase, as peças moldadas, cozidas, impregnadas com piche e recozidas são tratadas termicamente em um ambiente anaeróbico a uma temperatura extremamente alta de 2700 a 3000 graus (4900 a 5450 graus F). A grafitização resulta na cristalização do carbono precursor amorfo, que se transforma em grafite cristalino. Sob a influência da temperatura, os cristais crescem e se reorganizam em um padrão ordenado de planos paralelos empilhados. Essa transformação é acompanhada por uma mudança nas propriedades físicas do material. Durante esse tratamento de alta temperatura, o grafite também é purificado, pois a maioria de suas impurezas (resíduos de ligantes, gases, óxidos, enxofre) vaporizam.

Verificações de qualidade
Os artigos grafitados passam por uma série de testes e inspeções antes de serem enviados. Nesta fase, o material de grafite resultante já tem excelente resistência à corrosão e excelente condutividade térmica. No entanto, é altamente poroso e, portanto, nem um pouco impermeável.

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