অ্যানোড উপাদান শ্রেণীবিভাগ এবং উৎপাদন প্রক্রিয়া

২০২৫-০৪-০৪

অ্যানোড উপাদানগুলি প্রধানত দুটি শ্রেণীতে ভাগ করা হয়: কার্বন উপাদান এবং অকার্বন উপাদান। কার্বন বলতে কার্বন-ভিত্তিক সিস্টেম বোঝায়, যার মধ্যে প্রধানত রয়েছে মেসোকার্বন মাইক্রোস্ফিয়ার, কৃত্রিম গ্রাফাইট, প্রাকৃতিক গ্রাফাইট এবং হার্ড কার্বন। বর্তমানে, সবচেয়ে широко ব্যবহৃত কার্বন উপাদান হল গ্রাফাইট অ্যানোড উপাদান, যার মধ্যে কৃত্রিম গ্রাফাইট এবং প্রাকৃতিক গ্রাফাইট বড় আকারে শিল্পে ব্যবহৃত হয়। অকার্বন উপাদানগুলির মধ্যে প্রধানত সিলিকন-ভিত্তিক উপাদান, টিন-ভিত্তিক উপাদান, লিথিয়াম টাইটানেট ইত্যাদি অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। এর মধ্যে, সিলিকন-ভিত্তিক অ্যানোড উপাদানগুলি বর্তমানে প্রধান অ্যানোড উপাদান প্রস্তুতকারকদের প্রধান গবেষণা বিষয়, এবং এটি ভবিষ্যতে বৃহৎ আকারে ব্যবহৃত হওয়ার সবচেয়ে সম্ভাবনাময় নতুন অ্যানোড উপাদানগুলির মধ্যে একটি।

প্রাকৃতিক গ্রাফাইট প্রক্রিয়াকরণ

প্রাকৃতিক গ্রাফাইট অ্যানোড উপাদান হল প্রাকৃতিক ফ্লেক গ্রাফাইট, যা কাঁচামাল হিসেবে ব্যবহৃত হয়, এবং এটি পেষণ, গ্রেডিং, গোলাকার করা, শোধন, পৃষ্ঠ চিকিত্সা এবং অন্যান্য প্রক্রিয়ার মাধ্যমে প্রস্তুত করা হয়।

কৃত্রিম গ্রাফাইট অ্যানোড উপাদান প্রস্তুতির প্রক্রিয়া

কৃত্রিম গ্রাফাইট উৎপাদন প্রক্রিয়া চারটি ধাপে বিভক্ত করা যেতে পারে, দশটিরও বেশি ছোট পদ্ধতি, গ্রানিউলেশন এবং গ্রাফিটাইজেশন হল মূল।

কৃত্রিম গ্রাফাইট অ্যানোড উপাদানের উৎপাদন প্রক্রিয়া চারটি ধাপে বিভক্ত করা যেতে পারে:

1) প্রাথমিক চিকিত্সা

2) গ্রানিউলেশন

3) গ্রাফিটাইজেশন

4) বল মিলিং এবং পরিস্রাবণ।

চারটি ধাপের মধ্যে, পিষণ এবং পরিস্রাবণ তুলনামূলকভাবে সহজ, এবং গ্রানিউলেশন এবং গ্রাফিটাইজেশন হল দুটি লিঙ্ক যা অ্যানোড শিল্পের প্রযুক্তিগত থ্রেশহোল্ড এবং উৎপাদন স্তরের প্রতিফলিত করে।

উৎপাদন প্রক্রিয়ার মধ্যে, প্রথমে একটি বা একাধিক কোক এবং পরিবাহী কণিকা, কার্বন ন্যানোটিউব, কার্বন ব্ল্যাক, অ্যাসিটিলিন ব্ল্যাক পূর্বমিশ্রিত হয়, তারপর মিশ্রিত উপাদান এবং কার্বন একবার সিঙ্কার করা হয় এবং আবৃত করা হয়, এবং প্রস্তুতকৃত কণাগুলি গ্রাফিটাইজ করা হয়। গ্রাফিটাইজড উপাদান এবং রেজিন উপাদান সেকেন্ডারি কোটিং এর জন্য; পৃষ্ঠ চিকিত্সা ভিডিও, কেন্দ্রনীতি, অবসাদ এবং অন্যান্য পদ্ধতি ব্যবহার করে সালোকর্ড কণাগুলিকে সলভেন্ট থেকে পৃথক করে, তারপর কার্বনাইজেশন, 5-20um কণাগুলি, উচ্চ হার ক্টব সংযুক্ত কার্বন অ্যানোড উপাদান পাওয়া। এই পদ্ধতিতে, কণাগুলিকে মিশ্রণ এবং তৈরির মাধ্যমে, কণাগুলিকে দুইবার আবৃত করা হয় যাতে উপাদানের অভ্যন্তরীণ শেল পূর্ণ হয়, যাতে উপাদানের অভ্যন্তরীণ গঠন স্থিতিশীল থাকে, যাতে কার্বন অ্যানোড উপাদানের উচ্চ হার কর্মক্ষমতা, উচ্চ চাপ সংহতি, উচ্চ নির্দিষ্ট ক্ষমতা ইত্যাদির সুবিধাগুলি থাকে।

(1) প্রিপ্রসেসিং

গ্রাফাইট কাঁচামাল (নিডল কোক বা পেট্রলিয়াম কোক) আবন্ধকের সাথে মিশিয়ে বাতাসে মিলিং (পিষণ) করা হয়। বিভিন্ন প্রোডাক্ট অনুযায়ী, গ্রাফাইট কাঁচামাল এবং আঠা (গ্রাফিটাইজেশন) বিভিন্ন অনুপাতে মিশ্রিত করা হয়, মিশ্রণ অনুপাত হল 100 :(5~20), উপাদানটি ভ্যাকুয়াম খাওয়ানোর মেশিনের মাধ্যমে হপার এ প্রবাহিত হয়, তারপর হপার বাতাসের প্রবাহ মিলের মাধ্যমে বাতাসে পিষণ করা হয়, পিষণ করে 5~10 মিমি ব্যাসের কাঁচামাল এবং সহায়ক উপাদানগুলিকে 5-10 মাইক্রন। বাতাসে পিষণের পরে, সাইক্লোন ধুলো সংগ্রহকারী ব্যবহার করে প্রয়োজনীয় কণা আকারের উপাদানগুলো সংগ্রহ করা হয়, ধুলো সংগ্রহের হার প্রায় 80%, তাহাল গ্যাস ফিল্টার কোর দ্বারা পরিস্রুত হয় এবং নিষ্কাশিত হয়, ধুলো অপসারণের দক্ষতা 99% এর বেশি। ফিল্টার উপাদানের জন্য ফিল্টার কাপড়ের মধ্যে 0.2 মাইক্রন এর কম ফুটো থাকা উপাদান ব্যবহৃত হয়, যা 0.2 মাইক্রন এর উপরে সমস্ত ধুলো আটকাতে পারে। ফ্যান নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা ঋণাত্মক চাপ অবস্থায় থাকে।

ব্যতিক্রম:প্রিট্রিটমেন্ট মিলটি মেকানিক্যাল মিল এবং জেট মিলে বিভক্ত, এখন মূলধারা হল জেট মিল। আরও ধরণের আঠালো আছে, যেমন পেট্রোলিয়াম অ্যাসফল্ট, কয়লা অ্যাসফল্ট, ফেনোলিক রজন বা ইপোক্সি রজন।

(2) গাণন/গণন সেকেন্ডারী গাণন

গাণন হল কৃত্রিম গ্রাফাইট প্রক্রিয়াকরণের একটি মূল পদক্ষেপ। গাণনকে পাইরোলিসিস প্রক্রিয়া এবং বল মিলিং প্রক্রিয়ায় ভাগ করা হয়েছে।

পাইরোলিসিস প্রক্রিয়া: মধ্যবর্তী উপকরণ 1 কে প্রতিক্রিয়া রিয়াক্টরে রাখা হয় এবং নির্দিষ্ট তাপমাত্রা বাঁক অনুযায়ী জারণ গ্যাসের পরিবেশে এবং একটি নির্দিষ্ট চাপের অধীনে বৈদ্যুতিকভাবে উত্তপ্ত করা হয়। এটি 200-300℃ তে 1-3 ঘন্টা ঢালাও হয় এবং তারপর 400-500℃ তে উত্তপ্ত করা হয় যাতে 10-20 মিমি আকৃতির উপকরণ পাওয়া যায়। উপকরণটি শীতল করা হয় এবং নিষ্কাশন করা হয়, অর্থাৎ মধ্যবর্তী উপকরণ

2. বল মিল এবং চালনী শ্রম বিভাজন: ভ্যাকুয়াম খাওয়ানো, যান্ত্রিক বল গ্রাইন্ডিংয়ের জন্য বল মিলের মধ্যবর্তী উপাদান 2 পরিবহন করা, 10~20 মিমি উপাদানকে 6~10 মাইক্রন কণা আকারের উপাদানে পিষে নেওয়া এবং মধ্যবর্তী উপাদান পেতে স্ক্রিনিং করা।

৩. বল গ্রাইন্ডিংয়ের জন্য স্ক্রিনের উপাদানগুলি ভ্যাকুয়াম পাইপের মাধ্যমে বল মিলে ফিরিয়ে আনা হয়।

গ্রাফাইট কণার প্রকার, বিতরণ এবং আকৃতির জন্য অ্যানোড উপকরণের অনেক বৈশিষ্ট্যের উপর প্রভাব পড়ে। সাধারণভাবে, কণার আকার যত ছোট হবে, তত ভাল হার কর্মক্ষমতা এবং চক্র জীবন, কিন্তু প্রথম দক্ষতা এবং সংকোচন ঘনত্ব (যা আয়তন শক্তি ঘনত্ব এবং নির্দিষ্ট ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে) খারাপ হয়, এবং বিপরীতভাবে। যুক্তিসঙ্গত কণার আকারের বিতরণ (বড় কণাকে ছোট কণার সাথে মিশিয়ে, পরে প্রক্রিয়া) নেতিবাচক ইলেকট্রোডের নির্দিষ্ট ক্ষমতা বাড়াতে পারে। কণার আকারও হার এবং নিম্ন তাপমাত্রার কর্মক্ষমতার উপর একটি বড় প্রভাব ফেলে।

সেকেন্ডারী গাণন: ছোট কণাগুলি বড় নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ এলাকার সাথে, লিথিয়াম আয়নায় চলাচলের জন্য আরও অনেক চ্যানেল এবং সংক্ষিপ্ত পথ রয়েছে, ভাল হার কর্মক্ষমতা, এবং বড় কণাগুলির উচ্চ সংকোচন ঘনত্ব এবং বড় ক্ষমতা রয়েছে। বড় এবং ছোট কণার সুবিধাগুলি কিভাবে মনে রাখতে হয় এবং একই সাথে উচ্চ ক্ষমতা এবং উচ্চ হার অর্জন করতে হয়? উত্তর হল সেকেন্ডারী গাণন গ্রহণ করা। ছোট শস্য পেট্রোলিয়াম কোক এবং সুঁচ কোকের মত মৌল উপাদান ব্যবহার করে, আবরণ উপকরণ এবং অ্যাডিটিভস যোগ করে, উচ্চ তাপমাত্রা টানবাহক অবস্থার অধীনে, উপকরণের অনুপাত, তাপমাত্রা বৃদ্ধি বাঁকা এবং টানবাহক গতি নিয়ন্ত্রণ করে, ছোট শস্য মৌল উপকরণকে দুইবার গাণন করা যায়, এবং বড় শস্যের আকারের পণ্য পাওয়া যায়। একই কণার আকারের পণ্যের তুলনায়, সেকেন্ডারী গাণন উপকরণের তরল ধারণ ক্ষমতাকে কার্যকরভাবে উন্নত করতে পারে এবং উপকরণের প্রসারণ সহগ হ্রাস করে (ছোট কণার মধ্যে এবং ছোট কণার মধ্যে অবনমন গর্ত রয়েছে), লিথিয়াম আয়নের বিস্তার পথ সংক্ষিপ্ত করে, হার কর্মক্ষমতা উন্নত করে, কিন্তু উপকরণের উচ্চ এবং নিম্ন তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা এবং চক্র কর্মক্ষমতাও উন্নত করে।

বৈষম্য: সেকেন্ডারী গাণন প্রক্রিয়ায় উচ্চ বাধা রয়েছে, বিভিন্ন ধরণের আবরণ উপকরণ এবং অ্যাডিটিভস রয়েছে, এবং অসম আচ্ছাদন বা আচ্ছাদনের পতন বা খারাপ আচ্ছাদনের প্রভাবের মতো সমস্যার সৃষ্টি করতে প্রবণ। এটি উচ্চ-শেষ কৃত্রিম গ্রাফাইটের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রক্রিয়া।

(৩) গ্রাফিটাইজেশন

গ্রাফিটাইজেশন তাপগতিগতভাবে অস্বাভাবিক কার্বন পরমাণুগুলির অশান্ত স্তর গঠন থেকে গ্রাফাইট স্ফটিকে পরিণত করার সুসংগঠিত রূপান্তর। এজন্য, গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ায় উচ্চ তাপমাত্রার তাপ চিকিত্সা (এইচটিটি) ব্যবহৃত হয় যারা পারমাণবিক পুনর্বিন্যাস এবং কাঠামোগত রূপান্তরের জন্য শক্তি প্রদান করে। রেফ্র্যাক্টরি কার্বন উপকরণের গ্রাফিটাইজেশন ডিগ্রী উন্নত করার জন্য, ক্যাটালিস্টও যোগ করা যেতে পারে।

আরও ভালো গ্রাফিটাইজেশন প্রভাব পাওয়ার জন্য তিনটি দিক করতে হবে:

১. প্রতিরোধক উপকরণ ও উপাদানগুলি ফার্নেসে লোড করার পদ্ধতি বোঝা (অলম্বিত লোডিং, ন্যূনতম লোডিং, অপসারণ এবং মিশ্র লোডিং ইত্যাদি), এবং প্রতিরোধক উপকরণের ভিন্ন কর্মক্ষমতার ভিত্তিতে উপাদানের মাঝে দূরত্ব সামঞ্জস্য করতে সক্ষম হওয়া;

২. গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের বিভিন্ন ক্ষমতা ও পণ্য স্পেসিফিকেশন অনুযায়ী গ্রাফিটাইজেশন প্রক্রিয়ার মধ্যে উত্থান এবং পতনের হার নিয়ন্ত্রণ করতে বিভিন্ন পাওয়ার কার্ভ ব্যবহার করা;

৩. নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে, উপাদানগুলির সাথে ক্যাটালিস্ট যোগ করা, গ্রাফিটাইজেশনের মাত্রা বৃদ্ধি করা, অর্থাৎ, “ক্যাটালিটিক গ্রাফিটাইজেশন।”

বৈষম্য: বিভিন্ন গুণমানের কৃত্রিম গ্রাফাইটের বিভিন্ন তাপ ও শীতলীকরণের হার, ধারণার সময়, ক্যাটালিস্ট ইত্যাদি রয়েছে। ধারণা করা হচ্ছে যে, ব্যবহৃত গ্রাফিটাইজেশন ফার্নেসের প্রকার ভিন্ন, ফলে কর্মক্ষমতা এবং খরচে তুলনামূলক বড় পার্থক্য রয়েছে। গ্রাফিটাইজেশন ফ্রন্ট-এন্ড এবং ব্যাক-এন্ড প্রক্রিয়া থেকে আলাদা, বিশেষত উত্তপ্তকরণ এবং শীতলীকরণ প্রক্রিয়া, প্রায়শই প্রোগ্রামিত কিন্তু গ্রাফিটাইজেশন সময় দীর্ঘ এবং যন্ত্রপাতির বিনিয়োগ বড়, তাই আরও আউটসোর্সড প্রসেসিং প্রয়োজন এবং প্রযুক্তির লিক হওয়ার ঝুঁকি নেই।

(৪) কোটেড কার্বনাইজেশন

কোটেড কার্বনাইজেশন: কোটেড কার্বনাইজেশন একটি গ্রাফাইট সদৃশ কার্বন উপাদানকে “কোর” হিসেবে ব্যবহার করে এবং এর পৃষ্ঠে একটি স্তরের সমজাতীয় আমরফাস কার্বন উপাদান আবরণ করে “কোর-শেল” গঠন তৈরি করে। প্রচলিত আমরফাস কার্বন উপকরণের পূর্বাভাসসমূহের মধ্যে রয়েছে ফেনোলিক রেজিন, পিচ এবং সিট্রিক অ্যাসিডের মতো নিম্ন তাপমাত্রার পিরোলাইসিস কার্বন উপাদান। আমরফাস কার্বন উপাদানের অন্তরদ্রব্যের দূরত্ব গ্রাফাইটের চেয়ে বেশি, যা লিথিয়াম আয়নের প্রতি ডিফিউশনের কর্মক্ষমতা উন্নত করতে পারে। সিইআই ফিল্ম, প্রথম প্রভাবের উন্নতি, চক্র জীবন ইত্যাদি।

বৈষম্য: বিভিন্ন নির্মাতারা বিভিন্ন পূর্বাবস্থার বাছাই করেন এবং ভিন্ন ভিন্ন উত্তপ্তকরণ প্রক্রিয়া গ্রহণ করেন, ফলে আবরণ স্তরের পুরুত্ব এবং সমজাতীয়তা ভিন্ন হয়ে যায়, তাই পণ্যের খরচ এবং কর্মক্ষমতা বিভিন্ন হবে।

(৫) স্ক্রীনিং/ডোপিং

গ্রাফিটাইজড উপকরণগুলি ভ্যাকুয়ামের মাধ্যমে বল মিলের কাছে স্থানান্তরিত হয়, এবং তারপর শারীরিক মিশ্রণ এবং বল মিলিং পর্বত করে। এগুলি ২৭০-মেশ মলিকুলার সিভ দিয়ে স্ক্রীন করা হয়, এবং সিভের নিচে থাকা উপকরণের পরীক্ষা, পরিমাপ, প্যাকেজিং এবং সংরক্ষণ করা হয়। সিভের উপরে থাকা উপকরণগুলিকে আরও বল-মিল করে কণার আকারের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করা হয় এবং তারপর সিভিং করা হয়।

ডোপিং পরিবর্তন: ডোপিং পরিবর্তন শৈলী বেশি নমনীয় এবং ডোপিং উপাদানগুলি বৈচিত্র্যপূর্ণ। বর্তমানে, গবেষকরা সক্রিয়ভাবে এই পদ্ধতি নিয়ে গবেষণা করছেন। গ্রাফাইটে অকার্বন উপাদান ডোপিং করে এর বৈদ্যুতিন অবস্থাকে পরিবর্তন করতে পারে, যা ইলেকট্রন অর্জন করা সহজ করে, ফলে লিথিয়াম আয়নের অন্তর্বর্তী প্রবাহ বাড়িয়ে দেয়। উদাহরণস্বরূপ, গ্রাফাইটের পৃষ্ঠে ফসফরাস এবং বোরনের পরমাণু সফলভাবে ডোপিং করা এবং তাদের সাথে রাসায়নিক বন্ধন গঠন করা একটি ঘন সিইআই ফিল্ম গঠনে সাহায্য করে, যা গ্রাফাইটের চক্র জীবন এবং হারে কর্মক্ষমতাকে কার্যকরভাবে উন্নত করেছে। গ্রাফাইট উপাদানে বিভিন্ন উপাদান ডোপিং এর বৈদ্যুত্রকেমিক্যাল কর্মক্ষমতার উপর বিভিন্ন অপ্টিমাইজেশন প্রভাব রয়েছে। এর মধ্যে, লিথিয়ামের স্টোরেজ ক্ষমতা রাখা উপাদান (Si, Sn) যোগ করলে গ্রাফাইট অ্যানোড উপকরণের নির্দিষ্ট ধারণক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে।