Załóżmy, że wybierasz materiały na elektrody do wanadowego akumulatora przepływowego redoks o mocy 20 kW (VRFB). W rozmowie dominują dwa produkty: filc węglowy na bazie PAN i filc węglowy na bazie wiskozy. Chociaż oba są filcami węglowymi, ich włókna prekursorowe wytwarzają zasadniczo różne materiały. Filc na bazie PAN zapewnia wyższą wytrzymałość na rozciąganie i lepszą grafityzację, podczas gdy filc na bazie wiskozy oferuje niższą zawartość popiołu i bardziej miękką, bardziej dopasowującą się strukturę.
W tym przewodniku wyjaśniono mierzalne różnice, gdzie każdy filc sprawdza się najlepiej i jak napisać specyfikację, którą łańcuch dostaw może faktycznie wyprodukować.
Skrót wyboru: jeśli filc będzie przewodzić prąd w akumulatorze przepływowym, zacznij od filcu grafitowego na bazie PAN. Jeśli będzie izolował lub znajdował się w strefie o wysokiej czystości, zacznij od filcu grafitowego na bazie wiskozy.
Filc węglowy na bazie PAN a filc na bazie wiskozy: różnica w prekursorze
Cechą charakterystyczną jest włókno prekursorowe, które kontroluje uzysk węgla, podatność na grafityzację i końcową zawartość popiołu. Filc węglowy na bazie PAN jest wytwarzany z odcinkowych włókien poliakrylonitrylowych, które są igłowane w włókninę, a następnie karbonizowane w temperaturze około 1000°C. Kiedy ten sam korpus jest grafityzowany w temperaturze powyżej 2000°C, staje się filcem grafitowym na bazie PAN.
Filc węglowy na bazie wiskozy wykorzystuje sztuczny jedwab, regenerowane włókno celulozowe. Celuloza karbonizuje z wydajnością około 20 do 30 procent, w porównaniu z około 50 procentami w przypadku PAN, więc filce wiskozowe kurczą się bardziej i uzyskują delikatniejszą, gęstszą teksturę po tej samej obróbce cieplnej. Różnica w wydajności jest najważniejszym powodem, dla którego produkty wiskozowe kosztują mniej w przeliczeniu na kilogram, ale zachowują się inaczej na powierzchni.
Definicja: Filc węglowy na bazie PAN to karbonizowany filc włókninowy wykonany z odcinkowych włókien poliakrylonitrylowych, igłowany do docelowej grubości i gęstości nasypowej i stosowany jako elektroda akumulatorowa lub wysokotemperaturowy środek izolacyjny.
Filc węglowy na bazie PAN do izolacji wysokotemperaturowych i elektrod Ten filc węglowy, pochodzący z poliakrylonitrylu i karbonizowany w temperaturze 1200°C, zapewnia odporność na wysoką temperaturę do 1500°C i doskonałą przewodność elektryczną, dzięki czemu nadaje się do izolacji i stosowania elektrod w wymagających środowiskach. Zobacz produkt → - Wydajność węgla: około 50 procent w przypadku PAN, 20 do 30 procent w przypadku wiskozy
- Grafityzacja: PAN tworzy bardziej uporządkowane warstwy grafitu, obniżając rezystywność
- Zawartość popiołu: gatunki wiskozy o wysokiej czystości osiągają po praniu niższy popiół
- Kontrola igłowania: odcinkowe włókna PAN dziurkują bardziej równomiernie przy niskich gęstościach
Na bazie PAN a na bazie wiskozy: porównanie właściwości
Przy tej samej grubości i gęstości nasypowej filc grafitowy na bazie PAN przewyższa filc grafitowy na bazie wiskozy pod względem wytrzymałości na rozciąganie, podczas gdy filc na bazie wiskozy wykazuje niższą zawartość popiołu i lepszą elastyczność. Praktyczne konsekwencje można łatwo zmierzyć w stosie.
W VRFB rezystywność w płaszczyźnie elektrody wpływa bezpośrednio na straty omowe. Grafitowany filc PAN może mieć rezystancję od 3 do 6 mOhm-cm, podczas gdy gatunki wiskozy zwykle mieszczą się w przedziale od 5 do 10 mOhm-cm. W przypadku izolacji wysokotemperaturowej przewodność cieplna ma większe znaczenie; Filc grafitowy PAN lepiej przewodzi ciepło, przez co jest słabszym izolatorem. Elektroda chemia powierzchni ma wymierny wpływ na gęstość mocy VRFB, dlatego etap wykańczania filcu jest tak samo ważny jak jego prekursor.
| Własność | Filc węglowy na bazie PAN | Filc grafitowy na bazie PAN | Filc grafitowy na bazie wiskozy |
| Typowa grubość (mm) | 3-8 | 3-6 | 4-10 |
| Gęstość nasypowa (g/cm3) | 0,12-0,22 | 0,12-0,20 | 0,15-0,25 |
| Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) | 1,5-3,0 | 2,0-4,0 | 1,0-2,0 |
| Rezystywność w płaszczyźnie (mOhm-cm) | 45-80 | 3-6 | 5-10 |
| Przewodność cieplna (W/mK) | 5-8 | 30-80 | 20-50 |
| Zawartość popiołu (ppm) | maks. 500 | maks. 100 | maks. 80 |
Znormalizowane porównanie (PAN = 100)
Wytrzymałość na rozciąganie
Przewodność elektryczna
Wydajność karbonizacji
Czystość (niska zawartość popiołu)
Typowe wartości dla filców karbonizowanych; rzeczywiste wartości zależą od gatunku i wykończenia.
Numer klucza: w tym porównaniu grafitowany filc PAN osiąga 100-procentowy poziom wytrzymałości na rozciąganie, podczas gdy filc grafitowy na bazie wiskozy osiąga średnio tylko 52 procent.
Jak wybrać filc na bazie PAN lub wiskozy do elektrod akumulatorowych
W przypadku wanadowych akumulatorów przepływowych redoks filc grafitowy na bazie PAN jest elektrodą „koń pociągowy”, ponieważ zapewnia najwyższą dostępną powierzchnię na gram i największą stabilność cykliczną.
Jakość filcu elektrodowego i skład chemiczny powierzchni elektrody dominują w gęstości mocy systemu. Filc o nierównej grubości lub o dużej zawartości popiołu powoduje powstawanie lokalnych gorących punktów i spadek wydajności. Przed złożeniem zamówienia poproś fabrykę o mapę zmierzonych grubości, zakres gęstości nasypowej i wykres rezystywności w płaszczyźnie.
Elektroda odczuwalna jakość może przesunąć wydajność baterii cynkowo-bromowej o kilka punktów, dlatego dostawca filcu powinien udostępniać dane dotyczące kontroli procesu dla każdej partii.
20%
gęstość mocy dzięki zoptymalizowanemu połączeniu filcu i pola przepływu
3-6 mm
typowa grubość elektrody w stosach VRFB
50 mV
opór komórkowy, jaki zapewnia każdy interfejs filcowy
5000
cykle ładowania i rozładowania zgłaszane w testach laboratoryjnych
Filc grafitowy na bazie PAN do zastosowań w ekstremalnie wysokich temperaturach i elektrochemii Ten filc na bazie PAN, grafitowany w temperaturze 2200°C, wytrzymuje temperatury do 3200°C, zapewniając doskonałą przewodność i obojętność chemiczną w zastosowaniach izolacyjnych i elektrodowych o wysokiej wydajności. Zobacz produkt → Najlepsze na bazie PAN
Elektrody akumulatorowe przepływowe, zastosowania o dużej gęstości prądu, integralność strukturalna podczas pracy na rowerze i niższy opór elektryczny.
Najlepsze na bazie wiskozy
Izolacja pieca o wysokiej czystości, miękkie uszczelnienia, retorty o niskiej zawartości popiołu i zastosowania wymagające zgodności.
Izolacja wysokotemperaturowa i zastosowania, w których liczy się czystość
Jeśli filc musi pozostać w piecu lub retorcie o wysokiej czystości, filc grafitowy na bazie wiskozy jest bezpieczniejszym wyborem, ponieważ jego tekstura pochodząca ze sztucznego jedwabiu wydziela mniej włókien i zatrzymuje mniejszą ilość popiołu.
Filc grafitowy na bazie wiskozy jest podstawą izolacji pieców próżniowych, topienia metali ziem rzadkich i stref termicznych klasy półprzewodników. Prekursor sztucznego jedwabiu zapewnia delikatną, zamkniętą powierzchnię odporną na zrzucanie włókien, co ma znaczenie, gdy cząstki stałe mogą zniszczyć stop. Filc na bazie PAN jest preferowany, gdy warstwa izolacyjna musi również przenosić prąd lub być odporna na zużycie mechaniczne.
Filc grafitowy na bazie wiskozy zapewniający niską przewodność cieplną i izolację Wykonany z wiskozowego sztucznego jedwabiu, ten filc grafitowy charakteryzuje się niską gęstością i przewodnością cieplną (≤0,2 W/m·k), idealnie nadaje się do izolacji pieców i materiałów odpornych na ablację w procesach półprzewodnikowych i wysokotemperaturowych. Zobacz produkt → - Izolacja strefy gorącej pieca próżniowego
- Piece do topienia metali ziem rzadkich i nadstopów
- Półprzewodnikowa izolacja wzrostu kryształów
- Elastyczne uszczelnianie i pakowanie w urządzeniach wysokotemperaturowych
Względy zakupowe: tolerancje, koszt i czas realizacji
Ostateczny wybór zwykle sprowadza się do tolerancji grubości, specyfikacji popiołu i ceny za metr kwadratowy, a nie tego, który filc jest uniwersalnie lepszy.
Filc na bazie PAN kosztuje więcej za metr kwadratowy, ponieważ cena prekursora jest wyższa, a grafityzacja wymaga więcej energii. Filc grafitowy na bazie wiskozy staje się konkurencyjny cenowo przy grubościach powyżej 5 mm. Wysyłając zapytanie ofertowe do Jiaxing Naco New Material Co., Ltd., należy podać rodzaj filcu, tolerancję grubości, docelową gęstość nasypową i maksymalny limit popiołu; fabryka może dostosować temperaturę igłowania i grafityzacji, aby osiągnąć te cele.
- Podaj rodzaj filcu: na bazie PAN, na bazie wiskozy, karbonizowany lub grafitowany
- Podaj tolerancję grubości, np. /- 0,5 mm i zakres gęstości nasypowej
- Ustaw limit popiołu, na przykład maksymalnie 100 ppm dla gatunków o wysokiej czystości
- Określ szerokość i czy potrzebujesz kształtów wycinanych wzdłużnie, czy wykrojnikowo
Często zadawane pytania
Czy mogę używać filcu na bazie wiskozy jako elektrody wanadowej do akumulatora przepływowego?
Tak, ale nie zapewni takiej samej wydajności. Filc grafitowy na bazie PAN zapewnia niższą rezystywność w płaszczyźnie i lepszą stabilność cykliczną w układach wanadowych i cynkowo-bromowych. Filcu na bazie wiskozy należy używać tylko wtedy, gdy niska zawartość popiołu lub podatność na miękkość ma większe znaczenie niż kinetyka elektrody.
Jaka jest różnica między filcem węglowym na bazie PAN a filcem grafitowym na bazie PAN?
Filc węglowy ulega karbonizacji w temperaturze około 1000°C i pozostaje dobrym izolatorem termicznym o umiarkowanej przewodności. Filc grafitowy jest przetwarzany w temperaturze powyżej 2000 C, co obniża rezystywność z kilkudziesięciu mOhm-cm do pojedynczych cyfr i poprawia stabilność termiczną.
Czy grubość filcu wpływa na wydajność baterii przepływowej?
To ma ogromne znaczenie. Grubość od 3 do 6 mm równoważy powierzchnię aktywną w stosunku do rezystancji omowej. Grubszy filc zwiększa odporność; cieńszy filc zmniejsza obszar dostępny dla reakcji redoks wanadu.
Czy do izolacji pieca powinienem wybrać filc węglowy czy grafitowy?
Poniżej 1000 C w atmosferze beztlenowej wystarczy filc węglowy. Powyżej 1000 C należy określić filc grafitowy, aby zachować wytrzymałość mechaniczną i uniknąć zmiany wymiarów. Do retort o niskiej zawartości popiołu wybierz filc grafitowy na bazie wiskozy.
