Güneş pilleri için elektrot malzemesi olarak grafit, iyi elektriksel ve termal iletkenliği ve iyi kimyasal stabilitesi nedeniyle güneş pilleri için elektrot üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Şu anda piyasada iki ana tür yaygın grafit ürünü bulunmaktadır: biri yapay grafittir (doğal grafit olarak da bilinir); İkincisi ise yüksek saflıkta grafittir (yarı iletken grafit olarak da bilinir).
Yapay grafit esas olarak karbon atomlarından oluşur ve iletken macunlar, iletken maddeler ve karbon siyahı gibi elektronik endüstriyel ürünlerin yapımında kullanılabilen inorganik metalik olmayan bir malzemedir. Ana kullanımı, elektrik enerjisi kullanımının verimliliğini artırmak için elektronik endüstrisinde iletken bir madde olarak kullanılmasıdır.
Ancak doğal ve yarı iletken yapay grafitin zayıf iletkenliği, zayıf ısıl iletkenliği, yüksek ısıl genleşme katsayısı, zayıf ısıl kararlılığı, düşük mekanik mukavemeti ve diğer sebeplerden dolayı güneş pili elektrotlarında doğrudan kullanılması mümkün değildir.
Bu nedenle, güneş pillerinin üretim sürecinde, doğal ve yarı iletken yapay grafitin, termal ve elektriksel iletkenliğini iyileştirmek için saflaştırılması gerekmektedir. Aynı zamanda termal genleşme katsayısının ve mekanik dayanımının da arttırılması gerekmektedir.
Ayrıca fotovoltaik endüstrisinin önemli hammaddelerinden biri olan yapay grafit, ağırlıklı olarak lityum iyon piller için anot malzemeleri, güneş pilleri için iletken maddeler, elektrot macunları ve karbon siyahı üretiminde kullanılmaktadır.
Fotovoltaik endüstrisinin daha yüksek voltaj seviyelerine doğru gelişmesiyle birlikte, elektrot malzemeleri için daha iyi gereksinimler ortaya konmuştur: bir yandan, yüksek voltajı sağlarken iletkenliği geliştirmek gerekir; Öte yandan zorlu koşullardaki uygulamalara uyum sağlamak için iyi bir termal stabilite ve mekanik dayanım gereklidir.
Bu nedenle, doğal ve yarı iletken yapay grafit büyük avantajlara sahip olup, fotovoltaik endüstrisinde vazgeçilmez hammaddelerden biri haline gelmiştir; bu da, fotovoltaik alanda en yaygın kullanılan elektrot malzemesi olan doğal ve yarı iletken yapay grafenin daha fazla ve daha fazla kullanılmasını sağlar. piyasanın daha fazla ilgisini çekiyor.
1. Yeni karbon bazlı elektrot malzemeleri hazırlayın
Lityum-iyon piller için anot malzemeleri olarak doğal ve yarı iletken yapay grafit, karbon siyahı ve iletken polimerler gibi diğer fonksiyonel malzemelerle birlikte, güç yoğunluğunu ve döngüsünü etkili bir şekilde artırabilen lityum-iyon pil anot malzemeleri hazırlamak için kullanılabilir. pillerin ömrü.
Karbon nanotüp/grafit kompozitleri hazırlamak ve bunları güneş pillerinin anotları olarak kullanmak için karbon nanotüplerin doğal ve yarı iletken yapay grafit ile biriktirilmesi, bunların güç yoğunluğunu, şarj-deşarj verimliliğini, oran performansını ve çevrim ömrünü etkili bir şekilde artırabilir.
Karbon nanotüp/grafen kompozitleri, yapay grafit ve karbon nanotüplerin hammadde olarak kullanılmasıyla basit bir yöntemle hazırlandı.
Karbon siyahı ve grafenden oluşan bir karışım, katkı maddesi olarak birleştirilir ve bir lityum iyon pil anot malzemesi oluşturmak üzere polimer elektrolite eklenir.
2. Yeni lityum iyon pil anotu
Yüksek enerji yoğunluklu lityum iyon pillerin geliştirilmesiyle birlikte, özellikle büyük kapasite, uzun çevrim, düşük maliyet ve düşük lityum tüketimi için anot malzemelerine yönelik daha yüksek gereksinimler ortaya konmuştur.
Grafen, yüksek spesifik kapasitesi nedeniyle lityum iyon pil anot malzemelerinin araştırma sıcak noktalarından biri haline geldi.
Ek olarak, grafit ile temsil edilen karbon malzemeleri son yıllarda yavaş yavaş araştırmaların odak noktası haline geldi.
3. Yeni grafit bazlı lityum iyon pil elektrot bulamacı
Grafen, mükemmel elektrokatalitik performansı nedeniyle lityum-iyon piller alanında yaygın olarak kullanılmaktadır ve yüksek performanslı lityum-iyon pil anotlarının hazırlanması için ideal bir malzemedir, ancak lityum-iyon pillerdeki uygulaması, nedeniyle ciddi şekilde etkilenmektedir. zayıf iletkenliği ve lityum iyonlarının yüzeye adsorbe edilmesinden sonra büyük hacim genişlemesi.
Bu sorunu çözmek için Kore'deki Seul Ulusal Üniversitesi'ndeki bilim adamları, grafit yüzeyindeki grafen katmanlarını büyütmek için kimyasal buhar biriktirmeyi (CVD) ve kompozit malzemeler elde etmek için grafen katmanlarını grafit tabakalarla birleştirmeyi kullandılar.
Sonuçlar şunu göstermektedir: (1) Kompozit yapı yalnızca grafen levhaların kolay topaklaşması sorununu çözmekle kalmaz, aynı zamanda grafit levhaların mekanik özelliklerini de geliştirir; (2) Kompozit malzemedeki grafen katmanının yüzeyi, grafen ve lityum tuzunun reaktivitesini artırabilen çok sayıda organik grup içerir; (3) Kompozit malzemelerde oluşturulan üç boyutlu ağ yapısı, pildeki parçacıklar arasındaki temas direncini etkili bir şekilde bastırabilir ve elektrokimyasal reaksiyon kinetiğini geliştirebilir.
4. İletken macun-anotun hazırlama teknolojisi ve temel süreçlerinin araştırılması ve analizi
Elektrot macunu, pil fonksiyonunun önemli bir parçası olan iletken akım toplayıcı olarak iletken macunlu bir pil malzemesi oluşturmak için elektrot levhalarından oluşan bir macun haline getirilir ve iletken katkı maddeleri ile birleştirilir ve performansı pil performansını doğrudan etkiler.
İletken macun anot hazırlama teknolojisi, grafit saflaştırma teknolojisini, lityum iyon pil elektrot hazırlama teknolojisini ve grafit elektrot hazırlama teknolojisini içerir.
İletken bulamaç esas olarak elektrot ve elektrolit arasındaki temas alanını arttırmak, iyon difüzyon yolunu kısaltmak ve reaksiyon hızını arttırmak için elektrot işleme sırasında elektrolite yağlayıcı olarak eklenebilen iletken madde veya anot malzemesinden oluşur. Maliyetleri azaltmak için reaksiyon derinliği.