Предположим, вы выбираете материалы электродов для ванадиевой проточной окислительно-восстановительной батареи (VRFB) мощностью 20 кВт. В разговоре доминируют два продукта: углеродный войлок на основе ПАН и углеродный войлок на основе вискозы. Хотя оба они представляют собой углеродный войлок, их волокна-предшественники производят принципиально разные материалы. Войлок на основе ПАН обеспечивает более высокую прочность на разрыв и лучшую графитацию, а войлок на основе вискозы имеет более низкую зольность и более мягкую и приятную структуру.
В этом руководстве объясняются измеримые различия, где каждый войлок работает лучше всего, и как написать спецификацию, которую действительно может производить цепочка поставок.
Ярлык выбора: если войлок будет проводить ток в проточной батарее, начните с графитового войлока на основе ПАН. Если он будет изолировать или находиться в зоне повышенной чистоты, начните с графитового войлока на основе вискозы.
Углеродный войлок на основе ПАН и войлок на основе вискозы: разница в предшественниках
Определяющим отличием является волокно-предшественник, которое контролирует выход углерода, графитируемость и конечную зольность. Углеродный войлок на основе ПАН изготавливается из штапельного волокна полиакрилонитрила, которое иглой перфорируется в нетканый материал, а затем карбонизуется при температуре около 1000 C. Когда тот же материал графитируется при температуре выше 2000 C, он становится графитовым войлоком на основе ПАН.
В основе углеродного войлока на основе вискозы используется вискоза, регенерированное целлюлозное волокно. Целлюлоза карбонизуется с выходом примерно 20–30 процентов по сравнению с примерно 50 процентами для ПАН, поэтому вискозный войлок дает усадку больше и приобретает более тонкую и плотную текстуру после той же термической обработки. Разница в выходе — главная причина, по которой вискозные изделия стоят дешевле за килограмм, но по-разному ведут себя на поверхности.
Определение: Углеродный войлок на основе ПАН представляет собой карбонизированный нетканый войлок, изготовленный из штапельных волокон полиакрилонитрила, иглопробивной до заданной толщины и объемной плотности и используемый в качестве аккумуляторного электрода или высокотемпературной изоляционной среды.
Углеродный войлок на основе ПАН для высокотемпературной изоляции и электродов Этот углеродный войлок, полученный из полиакрилонитрила и карбонизированный при 1200°C, обладает высокой термостойкостью до 1500°C и отличной электропроводностью, что делает его пригодным для изоляции и использования электродов в сложных условиях. Посмотреть продукт → - Выход углерода: около 50 процентов для ПАН, от 20 до 30 процентов для вискозы.
- Графитизация: ПАН образует более упорядоченные графитовые слои, снижая удельное сопротивление.
- Зольность: марки вискозы высокой чистоты после промывки имеют меньшую зольность.
- Контроль иглопробивания: штапельные волокна PAN пробивают более равномерно при низкой плотности.
На основе ПАН и на основе вискозы: сравнение свойств
При одинаковой толщине и объемной плотности графитовый войлок на основе ПАН превосходит графитовый войлок на основе вискозы по прочности на разрыв, в то время как войлок на основе вискозы показывает меньшую зольность и лучшую гибкость. Практические последствия легко измерить в сумме.
В VRFB удельное сопротивление электрода в плоскости напрямую влияет на омические потери. Графитированный ПАН-фетр может иметь сопротивление от 3 до 6 МОм-см, тогда как вискоза обычно составляет от 5 до 10 МОм-см. Для высокотемпературной изоляции большее значение имеет теплопроводность; Графитовый войлок ПАН лучше проводит тепло, поэтому является более слабым изолятором. Электрод химия поверхности оказывает измеримое влияние на плотность мощности VRFB, поэтому этап отделки войлока важен так же, как и его предшественник.
| Недвижимость | Карбоновый войлок на основе ПАН | графитовый фетр на основе ПАН | Графитовый фетр на вискозной основе |
| Типичная толщина (мм) | 3-8 | 3-6 | 4-10 |
| Насыпная плотность (г/см3) | 0,12-0,22 | 0,12-0,20 | 0,15-0,25 |
| Предел прочности (МПа) | 1,5-3,0 | 2,0-4,0 | 1,0-2,0 |
| Удельное сопротивление в плоскости (мОм-см) | 45-80 | 3-6 | 5-10 |
| Теплопроводность (Вт/мК) | 5-8 | 30-80 | 20-50 |
| Содержание золы (ppm) | максимум 500 | максимум 100 | максимум 80 |
Нормализованное сравнение (PAN = 100)
Предел прочности
Электропроводность
Выход карбонизации
Чистота (низкая зольность)
Типичные значения для карбонизированного войлока; Фактические цифры зависят от комплектации и отделки.
Ключевой номер: В этом сравнении графитированный ПАН-фетр достигает 100-процентного контрольного показателя прочности на разрыв, тогда как графитовый войлок на основе вискозы имеет средний показатель только 52 процента.
Как выбрать войлок на основе ПАН или вискозы для электродов проточной батареи
Для ванадиевых окислительно-восстановительных проточных батарей графитовый войлок на основе ПАН является «рабочей лошадкой», поскольку он обеспечивает наибольшую доступную площадь поверхности на грамм и наибольшую циклическую стабильность.
Качество электродного фетра и химический состав поверхности электродов определяют удельную мощность системы. Войлок с неравномерной толщиной или высоким содержанием золы создает локальные горячие точки и потерю производительности. Перед заказом запросите на заводе карту измеренной толщины, диапазон объемной плотности и график удельного сопротивления в плоскости.
Электрод качество фетра может изменить производительность цинк-бромных батарей на несколько пунктов, поэтому поставщик войлока должен предоставлять данные контроля процесса для каждой партии.
20%
Плотность мощности благодаря оптимизированному совмещению войлока и поля потока
3-6 мм
типичная толщина электродов в пакетах VRFB
50 мВ
сопротивление клеток, вносимое каждым войлочным интерфейсом
5000
циклы зарядки и разрядки, подтвержденные лабораторными испытаниями
Графитовый войлок на основе ПАН для экстремально высоких температур и электрохимических применений Графитированный при 2200°C, этот войлок на основе ПАН выдерживает температуру до 3200°C, обеспечивая превосходную проводимость и химическую инертность для высокоэффективной изоляции и электродов. Посмотреть продукт → На основе PAN лучше всего подходит для
Электроды проточной батареи, приложения с высокой плотностью тока, структурная целостность при циклическом использовании и более низкое электрическое сопротивление.
На основе вискозы лучше всего подходит для
Изоляция печей высокой чистоты, мягкие прокладки и герметизация, реторты с низким содержанием золы и применения, требующие прилегания.
Высокотемпературная изоляция и приложения, в которых важна чистота
Если войлок должен храниться в печи или реторте высокой чистоты, графитовый войлок на основе вискозы является более безопасным выбором, поскольку его текстура, полученная из вискозы, выделяет меньше волокон и удерживает меньше золы.
Графитовый войлок на основе вискозы является основным материалом для изоляции вакуумных печей, плавки редкоземельных металлов и термических зон полупроводникового качества. Прекурсор вискозного волокна дает тонкую закрытую поверхность, которая препятствует выпадению волокон, что важно, когда загрязнение твердыми частицами может испортить расплав. Войлок на основе ПАН предпочтителен, когда изоляционный слой также должен проводить ток или противостоять механическому износу.
Графитовый войлок на основе вискозы для низкой теплопроводности и изоляции Этот графитовый войлок, изготовленный из вискозного волокна, имеет низкую плотность и теплопроводность (≤0,2 Вт/м·К), идеально подходит для изоляции печей и устойчивых к абляции материалов в полупроводниковых и высокотемпературных процессах. Посмотреть продукт → - Изоляция горячей зоны вакуумной печи
- Печи для плавки редкоземельных и суперсплавов
- Полупроводниковая изоляция для выращивания кристаллов
- Гибкая герметизация и упаковка в высокотемпературном оборудовании
Рекомендации по покупке: допуски, стоимость и время выполнения заказа
Окончательный выбор обычно сводится к допуску по толщине, характеристикам ясеня и цене за квадратный метр, а не к тому, какой войлок всегда лучше.
Войлок на основе ПАН стоит дороже за квадратный метр, поскольку цена исходного материала выше, а графитизация требует больше энергии. Графитовый войлок на основе вискозы становится конкурентоспособным по цене при толщине более 5 мм. При отправке запроса предложения в компанию Jiaxing Naco New Material Co., Ltd. укажите тип войлока, допуск по толщине, целевую объемную плотность и максимальный предел золы; завод может регулировать температуру иглопробивания и графитации для достижения этих целей.
- Укажите тип войлока: на основе ПАН, на основе вискозы, карбонизированный или графитированный.
- Укажите допуск по толщине, например /-0,5 мм, и диапазон объемной плотности.
- Установите предел зольности, например, максимум 100 частей на миллион для марок высокой чистоты.
- Укажите ширину и нужны ли вам формы для продольной резки или высечки.
Часто задаваемые вопросы
Можно ли использовать войлок на вискозной основе в качестве электрода ванадиевого аккумулятора?
Да, но это не даст такой же производительности. Графитовый войлок на основе ПАН обеспечивает более низкое удельное сопротивление в плоскости и лучшую циклическую стабильность в ванадиевых и цинк-бромных системах. Используйте войлок на основе вискозы только тогда, когда низкое содержание золы или мягкая прилегаемость имеют большее значение, чем кинетика электрода.
В чем разница между углеродным войлоком на основе ПАН и графитовым войлоком на основе ПАН?
Углеродный войлок карбонизуется при температуре примерно 1000 C и остается хорошим теплоизолятором с умеренной проводимостью. Графитовый войлок обрабатывается при температуре выше 2000°С, что снижает удельное сопротивление с десятков мОм-см до однозначных цифр и повышает термическую стабильность.
Влияет ли толщина войлока на производительность проточного аккумулятора?
Это имеет большое значение. Толщина от 3 до 6 мм балансирует активную поверхность и омическое сопротивление. Более толстый войлок увеличивает сопротивление; более тонкий войлок уменьшает площадь, доступную для окислительно-восстановительных реакций ванадия.
Должен ли я использовать углеродный войлок или графитовый войлок для изоляции печи?
При температуре ниже 1000 C в бескислородной атмосфере достаточно углеродного войлока. При температуре выше 1000 C используйте графитовый войлок, чтобы сохранить механическую прочность и избежать изменения размеров. Для малозольных реторт выбирайте графитовый войлок на основе вискозы.
