Ως υλικό ηλεκτροδίων για ηλιακά κύτταρα, ο γραφίτης χρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή ηλεκτροδίων για ηλιακά κύτταρα λόγω της καλής ηλεκτρικής και θερμικής αγωγιμότητας και της καλής χημικής του σταθερότητας.
Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο κύριοι τύποι κοινών προϊόντων γραφίτη στην αγορά: ο ένας είναι τεχνητός γραφίτης (επίσης γνωστός ως φυσικός γραφίτης). Ο δεύτερος είναι γραφίτης υψηλής καθαρότητας (γνωστός και ως ημιαγώγιμος γραφίτης).
Ο τεχνητός γραφίτης αποτελείται κυρίως από άτομα άνθρακα και είναι ένα ανόργανο μη μεταλλικό υλικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ηλεκτρονικών βιομηχανικών προϊόντων όπως αγώγιμες πάστες, αγώγιμα μέσα και αιθάλη. Η κύρια χρήση του είναι ως αγώγιμος παράγοντας στη βιομηχανία ηλεκτρονικών για τη βελτίωση της απόδοσης της χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας.
Ωστόσο, λόγω της κακής αγωγιμότητας, της κακής θερμικής αγωγιμότητας, του υψηλού συντελεστή θερμικής διαστολής, της κακής θερμικής σταθερότητας, της χαμηλής μηχανικής αντοχής και άλλων λόγων του φυσικού και ημιαγώγιμου τεχνητού γραφίτη, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας σε ηλεκτρόδια ηλιακών κυττάρων.
Ως εκ τούτου, στη διαδικασία παραγωγής των ηλιακών κυψελών, ο φυσικός και ημιαγώγιμος τεχνητός γραφίτης πρέπει να καθαριστεί για να βελτιωθεί η θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητά του. Ταυτόχρονα, είναι απαραίτητο να βελτιωθεί ο συντελεστής θερμικής διαστολής και η μηχανική αντοχή του.
Επιπλέον, ο τεχνητός γραφίτης, ως μία από τις σημαντικές πρώτες ύλες στη βιομηχανία φωτοβολταϊκών, χρησιμοποιείται κυρίως στην παραγωγή υλικών ανόδου για μπαταρίες ιόντων λιθίου, αγώγιμων παραγόντων για ηλιακά κύτταρα, πάστες ηλεκτροδίων και αιθάλης.
Με την ανάπτυξη της βιομηχανίας φωτοβολταϊκών σε υψηλότερα επίπεδα τάσης, προβάλλονται καλύτερες απαιτήσεις για υλικά ηλεκτροδίων: αφενός, είναι απαραίτητο να βελτιωθεί η αγωγιμότητα με παράλληλη διασφάλιση της υψηλής τάσης. Από την άλλη πλευρά, απαιτείται καλή θερμική σταθερότητα και μηχανική αντοχή για την προσαρμογή σε εφαρμογές κάτω από σκληρές συνθήκες.
Ως εκ τούτου, ο φυσικός και ημιαγώγιμος τεχνητός γραφίτης έχει μεγάλα πλεονεκτήματα και έχει γίνει μια από τις απαραίτητες πρώτες ύλες στη βιομηχανία φωτοβολταϊκών, γεγονός που καθιστά επίσης το φυσικό και ημιαγώγιμο τεχνητό γραφένιο ως το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό ηλεκτροδίων στο φωτοβολταϊκό πεδίο να λαμβάνει περισσότερα και περισσότερη προσοχή από την αγορά.
1. Προετοιμάστε νέα υλικά ηλεκτροδίων με βάση τον άνθρακα
Ο φυσικός και ημιαγώγιμος τεχνητός γραφίτης ως υλικά ανόδου για μπαταρίες ιόντων λιθίου, σε συνδυασμό με άλλα λειτουργικά υλικά όπως αιθάλη και αγώγιμα πολυμερή, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρασκευή υλικών ανόδου μπαταριών ιόντων λιθίου, τα οποία μπορούν να βελτιώσουν αποτελεσματικά την πυκνότητα ισχύος και τον κύκλο διάρκεια ζωής των μπαταριών.
Η εναπόθεση νανοσωλήνων άνθρακα από φυσικό και ημιαγώγιμο τεχνητό γραφίτη για την παρασκευή σύνθετων υλικών νανοσωλήνων άνθρακα/γραφίτη και τη χρήση τους ως άνοδοι ηλιακών κυψελών μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την πυκνότητα ισχύος, την απόδοση φορτίου-εκφόρτισης, τον ρυθμό απόδοσης και τη διάρκεια ζωής τους.
Τα σύνθετα υλικά νανοσωλήνων άνθρακα/γραφενίου παρασκευάστηκαν με μια απλή μέθοδο χρησιμοποιώντας τεχνητό γραφίτη και νανοσωλήνες άνθρακα ως πρώτες ύλες.
Ένα μείγμα αιθάλης και γραφενίου αναμιγνύεται ως πρόσθετο και προστίθεται στον ηλεκτρολύτη πολυμερούς για να σχηματίσει ένα υλικό ανόδου μπαταρίας ιόντων λιθίου.
2. Νέα άνοδος μπαταρίας ιόντων λιθίου
Με την ανάπτυξη μπαταριών ιόντων λιθίου υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, έχουν προβληθεί υψηλότερες απαιτήσεις για υλικά ανόδου, ειδικά για μεγάλη χωρητικότητα, μεγάλου κύκλου, χαμηλό κόστος και χαμηλή κατανάλωση λιθίου.
Το γραφένιο έχει γίνει ένα από τα ερευνητικά κέντρα ανόδου μπαταριών ιόντων λιθίου λόγω της υψηλής ειδικής χωρητικότητάς του.
Επιπλέον, τα υλικά άνθρακα που αντιπροσωπεύονται από γραφίτη έχουν γίνει σταδιακά ένα hotspot έρευνας τα τελευταία χρόνια.
3. Νέος πολτός ηλεκτροδίων μπαταρίας ιόντων λιθίου με βάση γραφίτη
Το γραφένιο χρησιμοποιείται ευρέως στον τομέα των μπαταριών ιόντων λιθίου λόγω της εξαιρετικής ηλεκτροκαταλυτικής του απόδοσης και είναι ιδανικό υλικό για την παρασκευή ανοδίων μπαταριών ιόντων λιθίου υψηλής απόδοσης, αλλά η εφαρμογή του σε μπαταρίες ιόντων λιθίου επηρεάζεται σοβαρά λόγω Η κακή του αγωγιμότητα και η μεγάλη διαστολή του όγκου μετά από προσρόφηση ιόντων λιθίου στην επιφάνεια.
Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, επιστήμονες στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σεούλ στην Κορέα χρησιμοποίησαν χημική εναπόθεση ατμού (CVD) για να αναπτύξουν στρώματα γραφενίου στην επιφάνεια του γραφίτη και σύνθετα στρώματα γραφενίου με φύλλα γραφίτη για να αποκτήσουν σύνθετα υλικά.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι: (1) Η σύνθετη δομή όχι μόνο λύνει το πρόβλημα της εύκολης συσσωμάτωσης φύλλων γραφενίου, αλλά βελτιώνει επίσης τις μηχανικές ιδιότητες των φύλλων γραφίτη. (2) Η επιφάνεια του στρώματος γραφενίου στο σύνθετο υλικό περιέχει μεγάλο αριθμό οργανικών ομάδων, οι οποίες μπορούν να βελτιώσουν την αντιδραστικότητα του γραφενίου και του άλατος λιθίου. (3) Η τρισδιάστατη δομή δικτύου που σχηματίζεται στα σύνθετα υλικά μπορεί να καταστείλει αποτελεσματικά την αντίσταση επαφής μεταξύ των σωματιδίων της μπαταρίας και να βελτιώσει την κινητική της ηλεκτροχημικής αντίδρασης.
4. Έρευνα και ανάλυση της τεχνολογίας παρασκευής και βασικών διεργασιών αγώγιμης πάστας-ανόδου
Η πάστα ηλεκτροδίων κατασκευάζεται σε πάστα φύλλων ηλεκτροδίων και αναμιγνύεται με αγώγιμα πρόσθετα για να σχηματίσει ένα υλικό μπαταρίας με αγώγιμη πάστα ως συλλέκτη αγώγιμου ρεύματος, που είναι σημαντικό μέρος της λειτουργίας της μπαταρίας και η απόδοσή της επηρεάζει άμεσα την απόδοση της μπαταρίας.
Η τεχνολογία παρασκευής της αγώγιμης πάστας-ανόδου περιλαμβάνει τεχνολογία καθαρισμού γραφίτη, τεχνολογία προετοιμασίας ηλεκτροδίων μπαταρίας ιόντων λιθίου και τεχνολογία προετοιμασίας ηλεκτροδίων γραφίτη.
Ο αγώγιμος πολτός αποτελείται κυρίως από αγώγιμο παράγοντα ή υλικό ανόδου, το οποίο μπορεί να προστεθεί στον ηλεκτρολύτη ως λιπαντικό κατά την επεξεργασία του ηλεκτροδίου για να αυξήσει την περιοχή επαφής μεταξύ του ηλεκτροδίου και του ηλεκτρολύτη, να συντομεύσει τη διαδρομή διάχυσης ιόντων και να αυξήσει τον ρυθμό αντίδρασης και βάθος αντίδρασης για μείωση του κόστους.