اینود مادے کی درجہ بندی اور پیداوار کا عمل

2025-03-26

انوڈ مواد کو بنیادی طور پر دو قسموں میں تقسیم کیا گیا ہے: کاربن مواد اور غیر کاربن مواد۔ کاربن سے مراد کاربن پر مبنی نظام ہیں، جن میں بنیادی طور پر میسو کاربن مائیکرو اسپیئرز، مصنوعی گریفائٹ، قدرتی گریفائٹ اور سخت کاربن شامل ہیں۔ اس وقت، سب سے زیادہ استعمال ہونے والا کاربن مواد گریفائٹ اینوڈ مواد ہے، جن میں مصنوعی گریفائٹ اور قدرتی گریفائٹ بڑے پیمانے پر صنعتی استعمال کرتے ہیں۔ غیر کاربن مواد میں بنیادی طور پر سلکان پر مبنی مواد، ٹن پر مبنی مواد، لیتھیم ٹائٹینیٹ وغیرہ شامل ہیں۔ ان میں، سلیکون پر مبنی اینوڈ مواد اس وقت بڑے اینوڈ میٹریل مینوفیکچررز کی اہم تحقیقی اشیاء ہیں، اور ان نئے انوڈ مواد میں سے ایک ہیں جن کا مستقبل میں بڑے پیمانے پر اطلاق ہونے کا امکان ہے۔

قدرتی گرافائٹ کا عمل

قدرتی گرافائٹ اینود مواد قدرتی پتھر گرافائٹ کو خام مال کے طور پر استعمال کرتا ہے، جس کو پیسنے، درجہ بندی، گرد کی شکل میں تبدیل کرنا، صفائی، سطح کی پروسیسنگ اور دیگر عملوں کے بعد تیار کیا جاتا ہے۔

مصنوعی گرافائٹ اینود مواد کی تیاری کا عمل

مصنوعی گرافائٹ کی تیاری کے عمل کو چار مراحل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، دس سے زیادہ چھوٹے طریقہ کار، گرانولیشن اور گرافائٹائزیشن کلیدی ہیں۔ مصنوعی گرافائٹ اینود مواد کی پیداوار کا عمل چار مراحل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: 1) پہلے کی پروسیسنگ 2) گرانولیشن 3) گرافائٹائزیشن 4) بال ملنگ اور اسکریننگ۔ ان چار مراحل میں، کُھلنا اور اسکریننگ نسبتاً آسان ہیں، اور گرانولیشن اور گرافائٹائزیشن دو ایسے مراحل ہیں جو اینود صنعت کی تکنیکی حد اور پیداوار کی سطح کی عکاسی کرتے ہیں۔

پیداواری عمل کے لیے مخصوص، سب سے پہلے، ایک یا زیادہ کوک اور کنڈکٹیو ذرات، کاربن نانوٹوبس، کاربن بلیک، ایسٹیلین بلیک کو پہلے سے مکس کیا جاتا ہے، اور پھر مخلوط مواد اور کاربن کو ایک بار سینٹر اور لیپت کیا جاتا ہے، اور تیار کردہ ذرات کو گرافٹائز کیا جاتا ہے۔ سالوینٹ سے ٹھوس ذرات کو الگ کرنے اور پھر کاربنائزیشن، 5-20um ذرات، کاربن اینوڈ میٹریل کی اعلیٰ شرح حاصل کرنے کے طریقے۔ اس طریقہ کار میں، ذرات کو ملا کر اور گھڑ کر، مادّے کے اندرونی خول کو بھرنے کے لیے ذرات کو دو بار لیپت کیا جاتا ہے، تاکہ مواد کی اندرونی ساخت کا اعلیٰ کارکردگی، کاربن کی اعلیٰ کارکردگی، مواد کی اعلیٰ کارکردگی کا فائدہ ہو۔ پریشر کومپیکشن، اعلی مخصوص صلاحیت اور اسی طرح.

（1）پہلے کی پروسیسنگ

گرافائٹ خام مال (نیڈل کوک یا پیٹرولیم کوک) کو بائنڈر کے ساتھ ملایا جاتا ہے تاکہ ہوا میں پیس لیا جائے (کُھلنا)۔ مختلف مصنوعات کے مطابق، گرافائٹ خام مال اور چسپاں مادے (گرافٹائزیشن) کا مختلف تناسب کے مطابق، ملاوٹ کا تناسب 100 :(5~20) ہے، مواد کو ویکیوم فیڈنگ مشین کے ذریعے ہوپر میں بھیجا جاتا ہے، اور پھر ہوپر کو ہوا میں مل کی جانب بھیجا جاتا ہے تاکہ ہوا سے پیسنے کے لیے، خام اور معاون مواد کے 5~10 ملی میٹر کے قطر کو 5-10 مائیکرون میں پیسا جائے۔ ہوا میں پیسنے کے بعد، سائلون ڈسٹرکٹ جمع کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، مطلوبہ ذرات کے سائز کے مواد کو جمع کرتا ہے، دھول جمع کرنے کا تناسب تقریباً 80% ہے، اور ٹیل گیس کو فلٹر کور کے فلٹر کے ذریعے فلٹر کیا جاتا ہے اور خارج کیا جاتا ہے، دھول ہٹانے کی کارکردگی 99% سے زیادہ ہے۔ فلٹر عنصر کا مواد وہ فلٹر کپڑا ہے جس میں 0.2 مائیکرون سے کم مسام ہوں، جو 0.2 مائیکرون سے اوپر تمام دھول کو روک سکتا ہے۔ پنکھے کا کنٹرول سسٹم منفی دباؤ کی حالت میں ہے۔

فرق: پری ٹریٹمنٹ مل کو مکینیکل مل اور جیٹ مل میں تقسیم کیا جاتا ہے، اب جیٹ مل کا استعمال زیادہ ہورہا ہے۔ چپکنے والے مادوں کی اقسام میں اضافہ ہوا ہے، جیسے کہ پیٹرولیم ایڈھک، کوئلہ ایڈھک، فینولک ریزن یا ایپوکسی ریزن۔

（2） دانے دار/ثانوی دانے دار

گرینولیشن مصنوعی گریفائٹ پروسیسنگ میں ایک اہم قدم ہے. گرانولیشن کو پائرولیسس عمل اور گیند کی گھسائی کرنے کے عمل میں تقسیم کیا گیا ہے۔

کیلکروسیس کا عمل: درمیانی مادہ 1 کو ردعمل رییکٹر میں ڈالا جاتا ہے اور ایک خاص درجہ حرارت کے منحنی خطوط کے مطابق انیرٹ گیس کی فضا میں اور ایک مخصوص دباؤ کے تحت بجلی کے ذریعے گرم کیا جاتا ہے۔ اسے 200-300 پر 1-3 گھنٹے تک ہلایا جاتا ہے اور پھر اسے 400-500 پر گرم کیا جاتا ہے تاکہ 10-20 ملی میٹر کے ذرات کے سائز کا مادہ حاصل کیا جا سکے۔ مادہ کو ٹھنڈا کیا جاتا ہے اور نکالا جاتا ہے، یعنی درمیانی مادہ 2۔ بال مل اور چھاننے کی تقسیم: ویکیوم فیڈنگ، درمیانی مادہ 2 کو بال مل کی طرف لے جانا تاکہ مکینکی بال پیسنے کے لیے، 10~20 ملی میٹر کے مادے کو 6~10 مائیکرون کے ذرات کے سائز کے مادے میں پیس لیا جائے، اور چھاننے کے ذریعے درمیانی مادہ 3 حاصل کیا جا سکے۔ اسکرین پر موجود مادہ کو ویکیوم پائپ کے ذریعے بال مل میں واپس منتقل کیا جاتا ہے تاکہ بال پیسنے کے لئے۔

گریفائٹ کے ذرات کا سائز، تقسیم اور مرفولوجی اینوڈ مواد کی کئی خصوصیات پر اثر انداز ہوتی ہیں۔ عام طور پر، جتنا چھوٹا ذرات کا سائز ہے، اتنا ہی بہتر رفتار کی کارکردگی اور سائیکل کی عمر ہے، لیکن پہلی تاثیر اور کمپیکشن کی کثافت (حجم کی توانائی کی کثافت اور مخصوص صلاحیت پر اثر انداز ہوتی ہے) بدتر ہیں، اور اس کے برعکس۔ معقول ذرات کے سائز کی تقسیم (بڑے ذرات کو چھوٹے ذرات کے ساتھ مکس کرنا، بعد کے عمل) منفی الیکٹروڈ کی مخصوص صلاحیت کو بہتر بنا سکتی ہے۔ ذرات کی مرفولوجی بھی رفتار اور کم درجہ حرارت کی کارکردگی پر بڑا اثر ڈالتی ہے۔

ثانوی گرانولیشن: چھوٹے ذرات کی سطح کا بڑا مخصوص رقبہ، زیادہ چینلز اور لتیم آئن کی منتقلی کے لیے چھوٹے راستے ہوتے ہیں، اچھی شرح کی کارکردگی، اور بڑے ذرات میں اعلی کمپیکشن کثافت اور بڑی صلاحیت ہوتی ہے۔ بڑے اور چھوٹے ذرات کے فوائد کو کیسے مدنظر رکھا جائے، اور ایک ہی وقت میں اعلیٰ صلاحیت اور اعلی شرح حاصل کی جائے؟ اس کا جواب ثانوی گرانولیشن لینا ہے۔ چھوٹے اناج کے پیٹرولیم کوک اور سوئی کوک جیسے بنیادی مواد کا استعمال کرتے ہوئے، اعلی درجہ حرارت کی تحریک کی حالت میں، کوٹنگ کے مواد اور اضافی اشیاء کو شامل کرکے، مواد کے تناسب، درجہ حرارت میں اضافے کے منحنی خطوط اور تحریک کی رفتار کو کنٹرول کرتے ہوئے، چھوٹے اناج کے بنیادی مواد کو دو بار دانے دار کیا جا سکتا ہے، اور مصنوعات کو بڑے سائز کے ساتھ بڑے پیمانے پر تیار کیا جا سکتا ہے۔ ایک ہی ذرہ سائز کا، ثانوی دانے دار مواد کی مائع برقرار رکھنے کی کارکردگی کو مؤثر طریقے سے بہتر بنا سکتا ہے اور مواد کے توسیعی گتانک کو کم کر سکتا ہے (چھوٹے ذرات اور چھوٹے ذرات کے درمیان مقعد سوراخ ہوتے ہیں)، لتیم آئنوں کے پھیلاؤ کے راستے کو چھوٹا کر سکتے ہیں، شرح کی کارکردگی کو بہتر بنا سکتے ہیں، لیکن اعلی اور کم درجہ حرارت کی کارکردگی اور مواد کی سائیکلنگ کی کارکردگی کو بھی بہتر بنا سکتے ہیں۔

فرق: ثانوی گرانولیشن کے عمل میں بہت زیادہ رکاوٹیں، کوٹنگ مواد کی بہت سی اقسام اور اضافی چیزیں ہوتی ہیں، اور یہ مسائل کا شکار ہوتا ہے جیسے کہ ناہموار کوٹنگ یا کوٹنگ شیڈنگ، یا کوٹنگ کا ناقص اثر وغیرہ۔ یہ اعلیٰ درجے کے مصنوعی گریفائٹ کے لیے ایک اہم عمل ہے۔

（3）گریفٹائزیشن
گریفٹائزیشن غیر مستحکم تھرموڈائنامک کاربن ایٹمز کے بےترتیب تہوں کی ساخت سے گریفٹ کرسٹل کی ساخت میں ترتیب وار تبدیلی کا عمل ہے جو حرارتی چالوکاری کے ذریعے وقوع پذیر ہوتا ہے۔ لہذا، گریفٹائزیشن کے عمل میں اعلی درجہ حرارت کی حرارتی علاج (HTT) استعمال کی جاتی ہے تاکہ ایٹم کی ترتیب اور ساختی تبدیلی کے لیے توانائی فراہم کی جا سکے۔ ریفریکٹری کاربن مواد کی گریفٹائزیشن کی ڈگری کو بہتر بنانے کے لیے، کیٹالیٹس بھی شامل کیے جا سکتے ہیں۔

بہتر گریفٹائزیشن کے اثر حاصل کرنے کے لیے تین پہلوؤں کو مدنظر رکھنا ضروری ہے: 1. مزاحمتی مواد اور مواد کو بھٹی میں لوڈ کرنے کے طریقے (افقی لوڈنگ، عمودی لوڈنگ، بےقاعدگی اور مخلوط لوڈنگ وغیرہ) کی مہارت حاصل کریں، اور مزاحمتی مواد کی مختلف خصوصیات کے مطابق مواد کے درمیان فاصلے کو ایڈجسٹ کرسکیں؛ 2.2، گریفٹائزیشن بھٹی کی مختلف صلاحیت اور پروڈکٹ کی وضاحت کے مطابق، گریفٹائزیشن کے عمل کے دوران چڑھنے اور گرتے ہوئے کی شرح کو کنٹرول کرنے کے لیے مختلف پاور کڑیاں استعمال کی جاتی ہیں؛ 3، مخصوص حالات میں، اجزاء میں کیٹالیٹ شامل کرنا، گریفٹائزیشن کی ڈگری کو بہتر بنانا، جسے "کیٹالیٹک گریفٹائزیشن" کہتے ہیں۔

اختلافات: مختلف قسم کے مصنوعی گریفٹ کے مختلف حرارتی اور ٹھنڈا ہونے کی رفتار، ہولڈنگ کا وقت، کیٹالیٹس وغیرہ مختلف ہیں۔ توقع کی جاتی ہے کہ گریفٹائزیشن بھٹیوں کی اقسام مختلف ہیں، جس سے کارکردگی اور قیمت میں نسبتاً بڑی فرق پیدا ہوتی ہے۔ گریفٹائزیشن فرنٹ اینڈ اور بیک اینڈ کے عمل سے الگ ہوتا ہے، خاص طور پر حرارتی اور ٹھنڈا ہونے کا عمل بنیادی طور پر پروگرام شدہ ہے، لیکن گریفٹائزیشن کا وقت طویل ہوتا ہے اور آلات کی سرمایہ کاری زیادہ ہوتی ہے، لہذا زیادہ آؤٹ سورس پروسیسنگ کی ضرورت ہوتی ہے، اور تکنیکی لیک ہونے کا کوئی خطرہ نہیں ہوتا۔
کوٹنگ کاربو نائزیشن: کوٹنگ کاربو نائزیشن ایک گریفٹ جیسی کاربن مواد کو "کچھ" کے طور پر استعمال کرتی ہے، اور اس کی سطح پر ایک یکساں غیر کرسٹل کاربن مواد کی تہہ کو کوٹ کرکے "کچھ-شیل" کی ساخت کی طرح کے ذرات بناتی ہے۔ عام طور پر استعمال ہونے والے غیر کرسٹالی کاربن مواد کے پیش رو میں کم درجہ حرارت پر گرمی کی مدد سے تیار کردہ کاربن مواد جیسے فینولک رال، پچ، اور سٹرک ایسڈ شامل ہیں۔ غیر کرسٹل کاربن مواد کی بین التہائیک کی جگہ گریفٹ سے بڑی ہوتی ہے، جو اس میں لیتھیئم آئنوں کی ڈفیوشن کی کارکردگی کو بہتر بناتی ہے۔ SEI فلم، پہلے کے اثر کو بہتر بنائیں، سائیکل کی زندگی، وغیرہ۔

اختلافات: مختلف تیار کنندگان مختلف پیش رو کو منتخب کرتے ہیں اور مختلف حرارتی طریقے اختیار کرتے ہیں، جس سے کوٹنگ کی تہہ کی موٹائی اور یکسانیت بھی مختلف ہوتی ہے، لہذا پروڈکٹ کی قیمت اور کارکردگی بھی مختلف خواهد۔

(4) اسکریننگ/ڈوپنگ
گریفٹائز کردہ مواد کو ویکیوم کے ذریعے بال مل میں منتقل کیا جاتا ہے، اور پھر جسمانی ملاوٹ اور بال ملنگ سے گزرتا ہے۔ انہیں 270 میش مالیکیولیئر سیور کے ساتھ اسکرین کیا جاتا ہے، اور چھلکے کے نیچے موجود مواد کا معائنہ، پیمائش، پیکنگ اور ذخیرہ کیا جاتا ہے۔ چھلکے پر موجود مواد کو مزید بال مل کر ذرات کے سائز کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے ملایا جاتا ہے اور پھر اسکرین کیا جاتا ہے۔

ڈوپنگ ترمیم۔ ڈوپنگ ترمیم کا طریقہ زیادہ لچکدار ہوتا ہے اور ڈوپنگ عناصر متنوع ہوتے ہیں۔ فی الحال، محققین اس طریقے کی سرگرمی سے تحقیق کر رہے ہیں۔ گریفٹ میں غیر کاربن عناصر کو ڈوپ کرنے سے گریفٹ کی الیکٹرانک حالت تبدیل ہوتی ہے، جس سے الیکٹران حاصل کرنا آسان ہو جاتا ہے، اور اس طرح لیتھیئم آئنوں کی بین الاقوامی کارکردگی کو مزید بڑھانا ممکن ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، گریفٹ کی سطح پر فاسفورس اور بورون ایٹمز کی کامیاب ڈوپنگ اور ان کے ساتھ کیمیائی بانڈز کی تشکیل ایک کثیف SEI فلم بنانے میں مدد کرتی ہے، جس نے گریفٹ کی سائیکل کی زندگی اور نرخ کی کارکردگی کو مؤثر طور پر بہتر بنایا ہے۔ گریفٹ مواد میں مختلف عناصر کی ڈوپنگ کا اس کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی پر مختلف بہتر اثر ہوتا ہے۔ ان میں، ایسے عناصر (Si، Sn) کا اضافہ جو لیتھیئم ذخیرہ کرنے کی صلاحیت بھی رکھتے ہیں، گریفٹ اینوڈ مواد کی مخصوص گنجائش کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتا ہے۔