يلعب الكربون المشتق من الراتنج (عادةً ما يُشير إلى مادة الكربون الصلبة المُستحصل عليها من كربنة الراتنج في درجات حرارة عالية) دورًا محوريًا في إنتاج مواد الأقطاب السالبة لبطاريات الطاقة الجديدة. باستخدام مطحنة تصنيف فائقة الدقة (عادةً ما تكون نظامًا متكاملًا يجمع بين مطحنة ميكانيكية ومصنف هوائي)، يُمكن سحق الكربون المشتق من الراتنج إلى D50 أقل من 10 ميكرومتر، ويمكن أن يصل إلى مستوى D50 = 3-5 ميكرومتر. يمكن أن تصل أدق الجسيمات إلى 1-2 ميكرومتر.
كيف تعمل مطحنة التصنيف فائقة الدقة
عادةً ما تكون مطحنة التصنيف فائقة الدقة نظامًا متكاملًا، وليس آلة واحدة. وتشمل مكوناتها الأساسية ما يلي:
• وحدة الطحن الميكانيكية: مثل مطاحن النفاثة أو مطاحن التأثير الميكانيكية، والتي تقوم بتفتيت الجسيمات من خلال التصادم عالي السرعة وقوى القص.
• المُصنِّف: يُعدّ هذا المُصنِّف مفتاحًا لتحقيق تحكم فائق الدقة. عادةً ما يكون مُصنِّفًا توربينيًا دوارًا عالي السرعة، حيث يفصل الجسيمات الخشنة ويعيدها إلى منطقة الطحن لمزيد من الطحن. لا يُمكن إلا للجسيمات الدقيقة التي تصل إلى درجة الدقة المطلوبة أن تمر وتُجمع.
• نظام التجميع: بما في ذلك أجهزة فصل الأعاصير وأجهزة تجميع الغبار بالأكياس، المستخدمة لجمع المنتج المؤهل.
تعمل هذه العملية بتوازن ديناميكي، مما يسمح بالتحكم الدقيق في توزيع حجم الجسيمات النهائي من خلال ضبط المعلمات المختلفة.
العوامل الرئيسية المؤثرة على النعومة النهائية
على الرغم من أن المعدات ذات كفاءة عالية، إلا أن الدقة التي يمكن تحقيقها تعتمد على ما يلي:
1. خصائص المواد الخام:
◦ الصلابة والهشاشة: ترتبط صلابة الكربون المشتق من الراتنج ارتباطًا وثيقًا بدرجة حرارة تكربنه. فدرجات حرارة الكربنة المرتفعة تؤدي إلى زيادة درجة الجرافيت، مما يجعل المادة أكثر صلابة وهشاشة، مما يُسهّل طحنها بدقة. في المقابل، قد يكون الكربون المشتق من الراتنج المكربن عند درجات حرارة منخفضة أكثر ليونة ومرونة، مما يزيد من صعوبة طحنه.
◦ حجم الجسيمات الأولي: تُسهّل أحجام جسيمات العلف الأصغر الحصول على منتج نهائي أنعم. عادةً ما يتطلب الأمر معالجة مسبقة من خلال السحق الخشن أو المتوسط.
2. معلمات المعدات والنوع:
سرعة المصنف: تُعد هذه السرعة أهم معلمة تحكم. تُولّد سرعات الدوران العالية قوة طرد مركزي أكبر، مما يسمح بمرور الجسيمات الدقيقة فقط، مما ينتج عنه منتج أدق.
◦ سرعة تدفق الهواء والضغط (للمطاحن النفاثة): تؤثر على طاقة الاصطدام وكفاءة النقل.
◦ معدل التغذية: يجب أن يكون معدل التغذية ثابتًا ومتوافقًا مع سعة الطحن. تؤدي معدلات التغذية الزائدة إلى تقليل مدة بقاء الجسيمات في حجرة الطحن، مما يؤدي إلى طحن غير كافٍ وزيادة خشونة المنتج.
◦ نوع المعدات وتصميمها: تختلف الشركات المصنعة والطرازات المختلفة في قدراتها القصوى على الطحن. تتميز المعدات المتطورة بمواد فائقة الجودة، وعزل محكم، وتصميم دقيق لحقل التدفق، مما يتيح توزيعًا دقيقًا ودقيقًا لأحجام الجسيمات.
3. أهداف العملية:
◦ ليس بالضرورة أن يكون الأدق هو الأفضل. بالنسبة لمواد أنود البطارية، يُعدّ توزيع حجم الجسيمات بشكل معقول أمرًا بالغ الأهمية. عادةً، يُركّز على D50 (متوسط حجم الجسيمات) وD97 (الحجم الذي تكون فيه جزيئات 97% أصغر).
◦ قد يؤدي المسحوق شديد النعومة إلى زيادة مفرطة في مساحة السطح النوعية، وانخفاض كفاءة الشحن والتفريغ الأولية (كفاءة كولومبية)، وزيادة التفاعلات الجانبية، وانخفاض كثافة الضغط. لذلك، تهدف العملية إلى تحديد النطاق الأمثل.
متطلبات حجم الجسيمات النموذجية للكربون المشتق من الراتنج في تطبيقات البطاريات
بالنسبة لمواد أنود بطارية الليثيوم أيون، فإن نطاق حجم الجسيمات المثالي للكربون المشتق من الراتينج يكون عادةً:
• D50: 5–15 ميكرومتر
• D100: ≤ 20–25 ميكرومتر (من المهم جدًا التحكم في الحد الأقصى لحجم الجسيمات أقل من 20 ميكرومتر لمنع ثقب البطارية فاصل.)
يمكن لأنظمة التصنيف الاحترافية فائقة الدقة التحكم بسهولة وبشكل مستقر في مسحوق الكربون المشتق من الراتنج ضمن هذا النطاق والسماح بإجراء تعديلات دقيقة بناءً على متطلبات التركيبة.
• الحد النظري: يمكن لأنظمة المطاحن التصنيفية فائقة الدقة عالية الجودة على نطاق المختبر أو الإنتاج طحن الكربون المشتق من الراتنج إلى مستوى ناعم للغاية D50 = 1–3 ميكرومتر.
الواقع الصناعي: في الإنتاج واسع النطاق، وبالنظر إلى الأداء العام للبطارية (الكفاءة، الكثافة، السلامة)، عادةً ما يتم التحكم في حجم جسيمات الكربون المشتق من الراتنج ضمن نطاق D50 = 5-15 ميكرومتر. وهذا مستوى يمكن لمصانع التصنيف فائق الدقة تحقيقه بسهولة وثبات.
نبذة عن شركة Epic Powder Machinery
آلات مسحوق ملحمة شركة رائدة في توفير حلول معالجة المساحيق المتقدمة، متخصصة في تصميم وتصنيع أنظمة طحن وتصنيف عالية الدقة. تُستخدم مطاحن التصنيف فائقة الدقة على نطاق واسع في قطاع الطاقة الجديدة، بما في ذلك معالجة مواد الأنود، مثل الكربون المشتق من الراتنج.
بتركيزها على الابتكار والموثوقية، تقدم شركة Epic Powder Machinery معدات تضمن توزيعًا دقيقًا لحجم الجسيمات، وكفاءة عالية، وأداءً مستقرًا، مما يساعد المصنّعين على تلبية متطلبات الجودة الصارمة في إنتاج مواد البطاريات. صُممت أنظمتها لتوفير تحكم دقيق في النعومة، مما يجعلها خيارًا مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب طحنًا فائق الدقة وتصنيفًا دقيقًا.
