વિવિધ એપ્લિકેશન ક્ષેત્રોમાં (જેમ કે લિથિયમ બેટરી એનોડ અને એલ્યુમિનિયમ માટે કેથોડ્સ) ગ્રાફિટાઇઝ્ડ પેટ્રોલિયમ કોક માટે સૂચકાંક આવશ્યકતાઓના મુખ્ય કેન્દ્રો શું છે?

બે મુખ્ય એપ્લિકેશન ક્ષેત્રોમાં ગ્રેફાઇટાઇઝ્ડ પેટ્રોલિયમ કોક માટે વિવિધ સૂચકાંક આવશ્યકતાઓ: લિથિયમ-આયન બેટરી એનોડ અને એલ્યુમિનિયમ કેથોડ્સ

ગ્રાફાઈટાઈઝ્ડ પેટ્રોલિયમ કોક માટેની સૂચકાંક આવશ્યકતાઓ લિથિયમ-આયન બેટરી એનોડ અને એલ્યુમિનિયમ કેથોડ્સમાં રાસાયણિક રચના, ભૌતિક બંધારણ અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કામગીરીમાં નોંધપાત્ર તફાવત દર્શાવે છે. મુખ્ય પ્રાથમિકતાઓનો સારાંશ નીચે મુજબ છે:

I. લિથિયમ-આયન બેટરી એનોડ: માળખાકીય સ્થિરતા ધ્યાનમાં લેતા, કોર તરીકે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કામગીરી

1. સલ્ફરનું પ્રમાણ ઓછું (<0.5%)
   સલ્ફરના અવશેષો ગ્રાફિટાઇઝેશન દરમિયાન સ્ફટિક સંકોચન અને વિસ્તરણનું કારણ બની શકે છે, જેના કારણે ઇલેક્ટ્રોડ ફ્રેક્ચર થાય છે. વધુમાં, સલ્ફર ઊંચા તાપમાને વાયુઓ મુક્ત કરી શકે છે, જે સોલિડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇન્ટરફેસ (SEI) ફિલ્મને નુકસાન પહોંચાડે છે અને ક્ષમતામાં ઉલટાવી શકાય તેવું નુકસાન તરફ દોરી જાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, GB/T 24533-2019 લિથિયમ-આયન બેટરી એનોડમાં વપરાતા ગ્રેફાઇટ માટે કડક સલ્ફર સામગ્રી નિયંત્રણ ફરજિયાત કરે છે.
2. રાખનું પ્રમાણ ઓછું (≤0.15%)
   રાખમાં રહેલી ધાતુની અશુદ્ધિઓ (દા.ત., સોડિયમ, આયર્ન) ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વિઘટનને ઉત્પ્રેરિત કરે છે, જે બેટરીના અધોગતિને વેગ આપે છે. સોડિયમ અશુદ્ધિઓ એનોડ હનીકોમ્બ ઓક્સિડેશનને પણ ઉત્તેજિત કરી શકે છે, જેનાથી ચક્ર જીવન ઓછું થાય છે. ઉચ્ચ-શુદ્ધતા ગ્રેફાઇટને રાખનું પ્રમાણ 0.15% થી નીચે ઘટાડવા માટે "ત્રણ-ઉચ્ચ" પ્રક્રિયા (ઉચ્ચ તાપમાન, ઉચ્ચ દબાણ, ઉચ્ચ-શુદ્ધતા કાચો માલ) ની જરૂર પડે છે.
3. ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતા અને દિશામાન ગોઠવણી
   • ઉચ્ચ સાચી ઘનતા: ગ્રેફાઇટ સ્ફટિકીયતાને પ્રતિબિંબિત કરે છે; ઉચ્ચ સાચી ઘનતા લિથિયમ-આયન નિવેશ/નિષ્કર્ષણ માટે ક્રમબદ્ધ ચેનલોને સુનિશ્ચિત કરે છે, જે દર પ્રદર્શનમાં વધારો કરે છે.
   • નીચા થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક: સોય કોક, તેના તંતુમય બંધારણ સાથે, સ્પોન્જ કોક કરતા 30% ઓછો થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક દર્શાવે છે, જે ચાર્જ/ડિસ્ચાર્જ ચક્ર દરમિયાન વોલ્યુમ વિસ્તરણને ઘટાડે છે (દા.ત., એનિસોટ્રોપિક ગ્રેફાઇટ C-અક્ષ સાથે વિસ્તરે છે, જેના કારણે બેટરીમાં સોજો આવે છે).
4. સંતુલિત કણ કદ અને ચોક્કસ સપાટી ક્ષેત્રફળ
   • કણોના કદનું વિશાળ વિતરણ: ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ D10, D50 અને D90 પરિમાણો નાના કણોને મોટા કણો વચ્ચે ખાલી જગ્યાઓ ભરવા માટે સક્ષમ બનાવે છે, જેનાથી નળની ઘનતામાં સુધારો થાય છે (ઉચ્ચ નળની ઘનતા પ્રતિ યુનિટ વોલ્યુમ સક્રિય સામગ્રી લોડિંગમાં વધારો કરે છે, જોકે વધુ પડતું સ્તર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ભીનાશ ઘટાડે છે).
   • મધ્યમ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર: ઉચ્ચ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર (>10 m²/g) લિથિયમ-આયન સ્થળાંતર માર્ગોને ટૂંકાવે છે, દર પ્રદર્શનમાં વધારો કરે છે, પરંતુ SEI ફિલ્મ વિસ્તારને વિસ્તૃત કરે છે, પ્રારંભિક કુલોમ્બિક કાર્યક્ષમતા (ICE) ઘટાડે છે.
5. ઉચ્ચ પ્રારંભિક કુલોમ્બિક કાર્યક્ષમતા (≥92.6%)
   ઉચ્ચ ઉર્જા ઘનતા જાળવવા માટે પ્રથમ ચાર્જ/ડિસ્ચાર્જ ચક્ર દરમિયાન SEI રચના દરમિયાન લિથિયમ વપરાશ ઓછો કરવો મહત્વપૂર્ણ છે. ધોરણો માટે પ્રારંભિક ડિસ્ચાર્જ ક્ષમતા ≥350.0 mAh/g અને ICE ≥92.6% જરૂરી છે.

II. એલ્યુમિનિયમ કેથોડ્સ: મુખ્ય પ્રાથમિકતાઓ તરીકે વાહકતા અને થર્મલ શોક પ્રતિકાર

1. ગ્રેડેડ સલ્ફર સામગ્રી નિયંત્રણ
   • લો-સલ્ફર કોક (S < 0.8%): સ્ટીલ બનાવતી વખતે સલ્ફર-પ્રેરિત ગેસ બ્લોટ અને ક્રેકીંગને રોકવા માટે પ્રીમિયમ ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે, જેનાથી પ્રતિ ટન સ્ટીલનો વપરાશ ઓછો થાય છે (દા.ત., એક એન્ટરપ્રાઇઝે લો-સલ્ફર કોકનો ઉપયોગ કરીને એનોડનો વપરાશ 12% ઘટાડ્યો).
   • મધ્યમ-સલ્ફર કોક (S 2%–4%): ખર્ચ અને કામગીરીને સંતુલિત કરીને, એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ એનોડ માટે યોગ્ય.
2. ઉચ્ચ રાખ સહિષ્ણુતા (ચોક્કસ અશુદ્ધિ નિયંત્રણો સાથે)
   એલ્યુમિનિયમ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ વર્તમાન કાર્યક્ષમતામાં સમયાંતરે ઘટાડો ટાળવા માટે રાખમાં વેનેડિયમનું પ્રમાણ ≤0.03% હોવું જોઈએ. એનોડ હનીકોમ્બ ઓક્સિડેશન અટકાવવા માટે સોડિયમ અશુદ્ધિઓને કડક નિયંત્રણની જરૂર છે.
3. ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતા અને થર્મલ શોક પ્રતિકાર
   નીડલ કોક તેના તંતુમય બંધારણ માટે પસંદ કરવામાં આવે છે, જે ઉચ્ચ ઘનતા, શક્તિ, ઓછું એબ્લેશન અને ઉત્તમ થર્મલ શોક પ્રતિકાર પ્રદાન કરે છે, જે તેને એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ દરમિયાન વારંવાર થર્મલ વધઘટનો સામનો કરવા સક્ષમ બનાવે છે. નીચું થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક માળખાકીય નુકસાન ઘટાડે છે, કેથોડ આયુષ્ય લંબાવે છે.
4. કણોનું કદ અને યાંત્રિક શક્તિ
   • ગઠ્ઠાના કણો પસંદ કરેલા: પરિવહન અને કેલ્સિનેશન દરમિયાન તૂટતા અટકાવવા માટે પાવડર કોકનું પ્રમાણ ઘટાડે છે, યાંત્રિક મજબૂતાઈ સુનિશ્ચિત કરે છે.
   • કેલ્સાઈન્ડ કોકનું ઉચ્ચ પ્રમાણ: વાહકતા અને કાટ પ્રતિકાર વધારવા માટે એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ એનોડમાં 70% કેલ્સાઈન્ડ કોકનો ઉપયોગ થાય છે.
5. ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતા
   નીડલ કોક ઇલેક્ટ્રોડ 100,000 A કરંટ વહન કરી શકે છે, જે પ્રતિ ભઠ્ઠી 25 મિનિટની સ્ટીલ બનાવવાની કાર્યક્ષમતા અને પરંપરાગત કોક કરતા ત્રણ ગણી વધારે વાહકતા પ્રાપ્ત કરે છે, જેનાથી ઉર્જા વપરાશમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે.

III. મુખ્ય તફાવતોનો સારાંશ

IV. ઉદ્યોગ વલણો

• લિથિયમ-આયન બેટરી એનોડ: ઉર્જા ઘનતા અને ચક્ર પ્રદર્શનને વધુ શ્રેષ્ઠ બનાવવા માટે નવા ન્યુક્લિયર-સ્ટ્રક્ચર્ડ કોક (રેડિયલ ટેક્સચર) અને પિચ-મોડિફાઇડ કેલ્સાઈન્ડ કોક (હાર્ડ કાર્બન એનોડ ચક્ર જીવનને વધારે છે) ઉભરતા સંશોધન હોટસ્પોટ છે.
• એલ્યુમિનિયમ કેથોડ્સ: સિલિકોન કાર્બાઇડ ગ્રાઇન્ડીંગ માટે 750 મીમી મોટા પાયે સોય કોક ઇલેક્ટ્રોડ અને મધ્યમ સલ્ફર કોકની વધતી માંગ ઉચ્ચ વાહકતા અને વસ્ત્રો પ્રતિકાર તરફ સામગ્રીના વિકાસને આગળ ધપાવી રહી છે.