Základňa zdieľaného majetku
Tri vlastnosti vysvetľujú, prečo si grafit stále získava úlohy elektród vo veľmi odlišných odvetviach. Po prvé, vedie elektrinu cez delokalizované elektróny a udržiava vodivosť pri teplotách, pri ktorých sa kovy topia. Po druhé, jeho vrstvová štruktúra poskytuje nízku tepelnú rozťažnosť a vysokú odolnosť proti tepelným šokom. Po tretie, je chemicky stabilný v mnohých prostrediach a dá sa opracovať do presných tvarov. Každé odvetvie, ktoré si vyberá grafit, tak robí preto, lebo jedna alebo viacero z týchto vlastností je pre jeho proces rozhodujúce.
Výroba ocele: Elektróda v peci
Pri výrobe ocele v elektrickej oblúkovej peci musí elektróda niesť desiatky tisíc ampérov a prežiť oblúk, ktorý je na špičke vysoko nad 3000 stupňov Celzia. Grafit je jediný praktický materiál, ktorý kombinuje primeranú vodivosť, sublimačný bod blízko 3 650 stupňov Celzia, odolnosť proti tepelným šokom a pevnosť na podporu dlhého stĺpika. Trasa EAF produkuje zhruba 28 až 30 percent svetovej surovej ocele a prakticky všetka sa taví pomocou grafitových elektród. Výber triedy sa riadi výkonom pece: RP, HP a UHP elektródy sa vyberajú tak, aby zodpovedali prúdovej hustote prevádzky.
Elektrolýza: vedenie v agresívnych článkoch
Pri elektrolytických procesoch musí elektróda odolávať chemickému prostrediu, ako aj prenášať prúd. Uhlíkové anódy sa používajú pri tavení hliníka, kde sa anóda procesom spotrebuje a grafit sa objavuje v rade elektrochemických článkov, kde sa vyžaduje jeho inertnosť a vodivosť. Grafitové anódy sú tiež bežné pri výrobe chlóru a hydroxidu sodného a pri iných procesoch elektrolytickej soli. V týchto aplikáciách elektróda pracuje pri miernej teplote, ale v chemicky agresívnych médiách a rozhodujúcou vlastnosťou je odolnosť uhlíka proti korózii.
Skladovanie energie: Anóda batérie
V lítium{0}}iónových batériách je štandardným anódovým materiálom grafit. Lítiové ióny sa pri nabíjaní vkladajú medzi uhlíkové vrstvy a pri vybíjaní ich opúšťajú, čo je možné práve vďaka vrstvenej štruktúre grafitu. Akumulátorový-grafit je prášok vysoko usporiadaných častíc, ktorý sa úplne líši od elektródy pece, ale pracuje s tým istým prvkom a rovnakou chémiou. Nárast elektrických vozidiel a sieťového skladovania spôsobil, že grafit je objemovo najväčší uhlíkový elektródový materiál v energetickom sektore.
Výber správnej formy uhlíka
Poučenie z týchto odvetví je, že grafit nie je jeden produkt, ale skupina uhlíkových foriem prispôsobených rôznym úlohám. Elektróda pece UHP je veľký extrudovaný valec grafitizovaného ihlového koksu; anóda batérie je jemný prášok s kontrolovanou veľkosťou častíc; anóda elektrolýzy je hustý blok odolný voči korózii-. Kupujúci v každom odvetví špecifikujú stupeň, hustotu, čistotu a rozmery, ktoré ich proces potrebuje, a všetky z nich podporuje rovnaká základná chémia.
Často kladené otázky
Otázka: Ktoré vlastnosti robia grafit materiálom voľby elektród?
Rozhodujú o tom tri vlastnosti: elektrická vodivosť prostredníctvom delokalizovaných elektrónov, ktoré prežijú teploty, pri ktorých sa kovy topia, nízka tepelná rozťažnosť s vysokou odolnosťou voči teplotným šokom zo štruktúry vrstvy a chemická stabilita s dobrou opracovateľnosťou. Každé odvetvie používa grafit, pretože jeden alebo viacero z nich je pre jeho proces rozhodujúce.
Otázka: Prečo sa grafit používa na elektródy elektrických oblúkových pecí?
Elektróda pece musí niesť desiatky tisíc ampérov, zatiaľ čo jej hrot má teplotu vysoko nad 3000 stupňov Celzia. Grafit kombinuje primeranú vodivosť, sublimačný bod blízko 3 650 stupňov Celzia, odolnosť proti tepelným šokom a dostatočnú pevnosť na podporu dlhého stĺpca, takže triedy RP, HP a UHP sa vyberajú tak, aby zodpovedali prúdovej hustote každej pece.
Otázka: Sú uhlíkové anódy pri tavení hliníka rovnaké ako grafitové elektródy?
Nie. Oba sú materiály uhlíkových elektród, ale hliníkové články spotrebúvajú pred-vypálené uhlíkové anódy určené na tento proces, zatiaľ čo elektródy pece sú grafitizované produkty navrhnuté pre vysoký prúd a opakované tepelné cykly.
Otázka: Prečo je grafit štandardným anódovým materiálom v lítium-iónových batériách?
Lítiové ióny sa vložia medzi uhlíkové vrstvy počas nabíjania a odchádzajú počas vybíjania. Tento pohyb je možný práve vďaka štruktúre grafitovej vrstvy, a preto je batériový-grafit skôr jemným, vysoko usporiadaným práškom než veľkým valcom.
Otázka: Na akej vlastnosti elektrolýzy najviac záleží?
Chemická odolnosť voči prostrediu bunky kombinovaná s elektrickou vodivosťou. Pri procesoch s chlórom, hydroxidom sodným a inými elektrolytickými soľami sú médiá agresívne, aj keď teploty sú mierne, takže rozhodujúcou vlastnosťou je inertnosť.
Otázka: Aký podiel svetovej surovej ocele závisí od grafitových elektród?
Trasa elektrickej oblúkovej pece produkuje zhruba 28 až 30 percent svetovej surovej ocele a prakticky všetka sa taví pomocou grafitových elektród. V krajinách s veľkým množstvom odpadu je podiel EAF výrazne vyšší ako dve tretiny.