گرافیت پرسولفور CPC در باتری لیتیومی: نحوه کاربرد و خواص

گرافیت پرسولفور ترکیبی بسیار جالب و پرکاربرد است که استفاده از آن در صنایع مختلف، به بالا بردن بازدهی و کارایی کمک بسیاری می‌کند. در حقیقت استفاده از گرافیت پرسولفور به عنوان جایگزین سولفور خام در ساخت و تولید باتری، مزایای بسیاری دارد که با چنین مزایایی، باتری‌های لیتیوم سولفور جایگزین مناسبی برای باتری‌های لیتیوم یونی در بسیاری از موارد شده‌اند. در ادامه در خصوص گرافیت پرسولفور در باتری های لیتیومی اطلاعات بیشتری در اختیار شما قرار می‌گیرد. پس اگر تمایل به دانستن این اطلاعات دارید، حتما تا انتها با این مطلب همراه باشید.

گرافیت پرسولفور چیست؟

پیش از پرداختن به بحث گرافیت پرسولفور در باتری های لیتیومی و مزایای آن و همچنین دلیل استفاده از این ترکیب در ساخت باتری، به معرفی گرافیت پرسولفور می‌پردازیم. گرافیت پرسولفور CPC به انگلیسی Calcined Petroleum Coke که به گرافیت گرانول نیز معروف است که به اشتباه در بعضی مواقع پترولیوم کک و کک نفتی نامیده می شوند درست است که آنالیز های نزدیکی به هم دارند اما کاملا از نظر تخصصی و حتی قیمتی متفاوت هستند ، ماده‌ای کربن‌دار به شکل جامد بوده که از طریق کلسینه کردن مواد با پایه نفتی به اسم RPC ROW PETROLEUM COKE تهیه می‌شود.

از نظر ظاهر و رنگ، این ماده عمدتا به رنگ سیاه یا خاکستری مات و با ظاهری متخلخل شناخته می‌شود. گرافیت پرسولفور را باید نفت خامی دانست که در دمای 1200 تا 1300 درجه سانتی گراد تشکیل می‌شود. گرافیت پرسولفور بیش از 90 درصد کربن دارد و بین 5 تا 10 درصد کربن بیشتری نسبت به زغال سنگ در زمان سوختن آزاد می‌کند. با این خاصیت امکان تبدیل فولاد به چدن هم وجود دارد. همچنین باید گفت که این ترکیب دارای هیدروژن کم و هدایت الکتریکی قابل‌قبول است.

گرافیت پرسولفور چیست و چه کاربردی دارد؟

به دلیل ساختار متخلخل و اسفنجی این ماده، کاربرد بسیار مناسب در ساخت انواع آندها نیز پیدا کرده است. کاربرد اصلی این ماده ساخت آندهای کربنی در صنایع مربوط به آلومینیوم است. یکی دیگر از کاربردهای این ترکیب خاص، استفاده از آن در ساخت باتری‌های لیتیومی است که به عنوان جایگزین باتری‌های لیتیوم یونی مورد استفاده قرار گرفته است.

اما این که این ماده چگونه به عنوان جایگزینی مناسب برای ساخت باتری‌ها شناخته شده است و به چه دلیل از آن استفاده می‌شود، مواردی است که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم.

دانه بندی گرافیت پرسولفور

گرافیت پرسولفور بر اساس دانه بندی 1 میلیمتر الی 5 میلیمتر و همچنین گرافیت پرسولفور پودری دسته بندی می شود.

میزان کربن و سولفور در گرافیت پرسولفور

میزان کربن کلیه گرافیت ها کم سولفور و پرسولفور در انواع 97، 97/5، 98، 98/5، 99 می باشد. و میزان سولفور در گرافیت های پرسولفور 0.3 تا 0.5 و در گرافیت های کم سولفور 0.03 تا 0.05 نیز می باشد.
 

 شما می توانید جدول گرافیت پرسولفور بر اساس دانه بندی و میزان کربن و سولفور با قیمت روز با کلیک در اینجا مشاهده کنید. 

استفاده از گرافیت پرسولفور در باتری لیتیومی؟

بعد از معرفی جزئی گرافیت پرسولفور به بررسی کاربرد جدید و جالب آن، یعنی استفاده از گرافیت پرسولفور در باتری های لیتیومی می‌پردازیم. این موضوع مورد بحث بسیاری از محققین و دانشمندان در سالیان اخیر نیز بوده است.

به طور خلاصه با استفاده از گرافیت پرسولفور در ساخت باتری‌های لیتیومی، دانسیته انرژی باتری به طور قابل‌توجهی بالا می‌رود. بنابراین می‌توان از این نوع باتری به جای باتری‌های لیتیوم یونی در حوزه‌هایی همچون حمل و نقل، ذخیره کردن انرژی و ... استفاده کرد.

برای درک بهتر چگونگی استفاده از گرافیت پرسولفور در ساخت باتری‌های لیتیومی به توضیح بیشتری در این باره می‌پردازیم. در باتری‌های لیتیوم یونی رایج، یون‌های لیتیوم در فلزی فعال ذخیره شده و فلز فعالی مانند گرافیت به عنوان میزبان در این سیستم شناخته می‌شود. در زمان شارژ شدن، بین صفحات خود لیتیوم را ذخیره کرده و در زمان خالی شدن شارژ یا دشارژ نیز یون‌های لیتیوم از صفحات میزبان آزاد می‌شوند. گفتنی است در این حالت در ساختار اصلی نیز تغییری به وجود نمی‌آید.

کاربرد باتری‌های لیتیوم سولفور

اما در باتری‌های لیتیوم سولفور، ساختاری به عنوان ساختار میزبان وجود ندارد. در حقیقت در زمان دشارژ شدن باتری، خود فلز آند لیتیوم است که مصرف شده و در این حالت گوگرد به ماده شیمیایی دیگری تبدیل می‌شود. این فرآیند برای زمان شارژ شدن نیز کاملا برعکس طی می‌شود. به طور کلی گوگرد ماده‌ای فعال به شمار می‌رود که توانایی تولید انرژی الکتریکی را دارد؛ اما رسانایی ضعیف آن نیز دیگر ویژگی آن به حساب می‌آید. در زمان شارژ و دشارژ شدن باتری‌های لیتیوم سولفور، پلی سولفید به وجود می‌آید و به سوی الکترود منفی باتری راه پیدا می‌کند.

به همین دلیل، در واکنشی که بین سولفور و لیتیوم ایجاد می‌شود، گوگرد رفته رفته تحلیل می‌رود. به همین سبب ظرفیت باتری و طول عمر آن نیز کاهش پیدا می‌کند. اما اخیرا دانشمندان با تعبیه لایه‌ای بین سولفور و جداساز برطرف کرده‌اند.

کربن رسانا به عنوان ماده‌ای که به عنوان لایه به کار گرفته می‌شود مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین کربن رسانا باعث بالا رفتن خاصیت رسانایی گوگرد هم می‌شود. با طراحی لایه اکسایش- کاهش برای جلوگیری از نفوذ پلی سولفید، واکنش‌های مضر درون آن از بین رفته و همچنین ظرفیت باتری نیز همچنان بالا می‌ماند. این باعث شده است که استفاده از باتری‌های لیتیوم سولفوری برای کاربردهای روزانه بیش از پیش جدی گرفته شود.
 

 برای مشاهده قیمت و فروشندگان گرافیت پرسولفور کلیلک کنید. 
 

مزایا و خواص گرافیت پرسولفور در باتری های لیتیومی

استفاده از گرافیت پرسولفور در باتری های لیتیومی مزایا و خواص بسیار خوبی را دارد که باعث شده است بسیاری از صنایع نگاهی ویژه به استفاده از این ترکیب در باتری‌ها داشته باشند. دانشمندان و محققین همواره به دنبال کشف راه‌حل‌هایی هستند که به بهترین شکل نیاز انسان‌ها را برآورده کند. این موضوع در خصوص باتری‌ها نیز به چشم می‌خورد؛ علاوه بر توجه به افزایش ظرفیت باتری‌ها، توجه به مسائل زیست محیطی نیز بسیار اهمیت داشته و همواره مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است. به همین دلیل است که کاربرد گرافیت پرسولفور در باتری های لیتیومی به طور چشم‌گیری در حال افزایش است.

در زیر نگاهی به برخی از مزایی و خواص این سری از باتری‌ها داریم. با پیشرفت بیشتر و حل برخی از موانع موجود، باید احتمال آن را داد که به زودی در زندگی روزمره و کاربردهای عادی نیز شاهد استفاده از چنین باتری‌هایی باشیم.

ظرفیت بالای باتری های لیتیوم سولفور در مقایسه با باتری لیتیوم یونی

زیست سازگاری عالی

اولین مزیت باتری‌هایی که در آن‌ها از گرافیت پرسولفور استفاده شده است، زیست سازگاری بالای آن است. گوگرد در پوسته زمین به شکلی فراوان وجود دارد و ترکیب گرافیت پرسولفور نیز به عنوات ترکیبی سبز و دوست‌دار محیط زیست شناخته می‌شود. در حقیقت گرافیت پرسولفور که در باتری‌های خورشیدی لیتیوم سولفور استفاده می‌شود، ماده‌ای جذب کننده بوده و گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های مضر هوا را جذب می‌کند. این ماده دی اکسید کربن، نیتروژن و هر گاز سمی دیگر را جذب کرده و باعث کاهش آلودگی هوا می‌شود.

بالا بردن دانسیته(چگالی) انرژی باتری‌ها

در زمان استفاده از گرافیت پرسولفور در باتری های لیتیومی، از مواد بسیار فعالی به عنوان الکترود استفاده می‌شود. در این حالت گوگرد نقش الکترود مثبت و خود فلز لیتیوم نقش الکترود منفی را دارند. با وجود چنین مواد فعالی، چگالی انرژی باتری بسیار بالا رفته و در مقایسه با باتری‌های لیتیوم یونی، این میزان حدود 4 برابر است.

با وجود چنین چگالی انرژی بالایی، از این باتری‌ها در صنایع مختلفی همچون صنایع فضایی و حمل و نقل و ... استفاده می‌شود. در این بین برخی از شرکت‌های بزرگ با تمرکز بر استفاده از الکترولیت جامد به جای الکترولیت مایع، امیدوار به بهره‌وری بیشتر از این باتری‌ها هستند. با انتخاب الکترولیت جامد، چگالی انرژی افزایش یافته و عمر باتری نیز بیشتر می‌شود. چگالی انرژی در حالت استفاده از الکترولیت جامد در این باتری‌ها، نسبت به حالتی که در باتری‌های لیتیوم یونی از الکترولیت جامد استفاده می‌شود، 30 درصد بیشتر است.

افزایش ظرفیت باتری

یکی دیگر از مزایای استفاده از باتری‌های لیتیوم سولفور، ظرفیت بالای آن‌ها است. طبق بررسی‌ها این باتری‌ها حدود 5 برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم یونی ظرفیت دارند. البته یکی از مشکلاتی که در رابطه با چنین باتری‌هایی وجود دارد، چرخه عمر کم و نیاز به شارژ شدن مجدد در زمان کوتاه است که خوشبختانه دانشمندان با استفاده از روش‌هایی همچون جداسازی الکترودها با کمک غشاء نانوفیبری، به خوبی این مشکل را برطرف کرده‌اند.

استفاده از جداکننده برای افزایش چگالی انرژی و ظرفیت باتری لیتیوم سولفور

کاهش هزینه‌ها

در انتها باید به این موضوع اشاره کنیم که استفاده از گرافیت پرسولفور، باعث کاهش هزینه‌ها در بسیاری از شرایط می‌شود. به خصوص در زمانی که حجم تولید و مصرف بسیار بالا است، این مواد تاثیر بسیاری روی هزینه‌ها خواهند داشت. به طور مثال در ساخت باتری‌های لیتیوم سولفور، با استفاده از سولفور خام، علاوه بر این که چگالی انرژی پایین بوده و عمر باتری نیز چندان بالا نیست، هزینه تولید نیز در مقایسه با حالتی که از گرافیت پرسولفور استفاده می‌شود کاملا بالا است.

مطرح ترین تولیدکنندگان گرافیت پرسولفور و کم سولفور کشور های چین، ترکمنستان، هند نیز می باشند.

جم​ع‌بندی

دنیای باتری‌ها وارد مرحله جدیدی شده است و دانشمندان سعی دارند که با روش‌هایی کم‌هزینه و البته روش‌هایی که به محیط زیست آسیبی نمی‌رسانند، تولید باتری‌هایی با ظرفیت بالا را پیگیری کنند. به کار گرفتن گرافیت پرسولفور در باتری های لیتیومی برای ساخت باتری‌های لیتیوم سولفور یکی از بهترین راهکارهایی است که می‌تواند روی طول عمر باتری‌ها تاثیر بگذارد. چنین باتری‌هایی که برای کاربردهای گسترده با زمان‌های طولانی به کار گرفته می‌شوند، باید طول عمر بالا به همراه ظرفیت بالایی را داشته باشند. در گذشته تلاش برای تولید باتری‌های لیتیوم سولفور به دلیل مسائلی همچون چرخه عمر کم و چگالی انرژی پایین با مشکل روبرو می‌شد.

اما به نظر می‌رسد با پیشرفت بیشتر در این زمینه، می‌توان انتظار فراگیر شدن این باتری‌ها با ویژگی‌های بسیار خوب و البته هزینه تولید کم را داشت.