Quy trình sản xuất supercapacitor sử dụng than hoạt tính và giới thiệu về thiết bị nghiền

Giới thiệu về siêu tụ điện và than hoạt tính

Siêu tụ điện, còn được gọi là tụ điện siêu mạnh, đại diện cho một công nghệ lưu trữ năng lượng mang tính cách mạng, giúp khắc phục những hạn chế của cả tụ điện truyền thống và pin. Nguyên liệu cốt lõi trong các siêu tụ điện hiệu suất cao là than hoạt tính – một vật liệu được đánh giá cao nhờ diện tích bề mặt cực lớn, cấu trúc lỗ có thể điều chỉnh được và khả năng dẫn điện xuất sắc. Hiệu suất của siêu tụ điện chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi các đặc tính vật lý và hóa học của than hoạt tính được sử dụng làm điện cực. Do đó, quy trình sản xuất, đặc biệt là giai đoạn nghiền, đóng vai trò thiết yếu trong việc quyết định các đặc tính cuối cùng của vật liệu, như diện tích bề mặt riêng, phân bố kích thước hạt và độ tinh khiết.

Bài viết này đi sâu vào quy trình sản xuất than hoạt tính đạt tiêu chuẩn supercapacitor, với trọng tâm đặc biệt vào vai trò quan trọng của các thiết bị xay nghiền. Chúng ta sẽ tìm hiểu các yêu cầu kỹ thuật để sản xuất bột than chất lượng cao và giới thiệu các giải pháp xay nghiền tiên tiến phù hợp với những tiêu chuẩn khắt khe này.

Quy trình sản xuất than hoạt tính được kích hoạt cho cực điện siêu tụ

Quá trình chuyển đổi từ vật liệu carbon thô thành than hoạt tính có độ tinh khiết cao, phù hợp để sử dụng trong các supercapacitor, bao gồm nhiều bước được thực hiện một cách cẩn thận và tỉ mỉ:

1. Lựa chọn và chuẩn bị nguyên liệu thô:Các nguyên liệu thường được sử dụng bao gồm vỏ dừa, hắc chất than, nhựa phenolic và các vật liệu hữu cơ khác có hàm lượng carbon cao. Những vật liệu này được làm sạch trước sau đó được nghiền nhỏ thành các khối nhỏ hơn.
2. Quá trình cacbon hóa:Vật liệu đã được nghiền nhỏ sẽ được đưa vào môi trường không xâm nhập (khí trơ) ở nhiệt độ cao (600–900°C). Quá trình này làm bay hơi các thành phần dễ bay hơi, để lại cấu trúc carbon cố định với mức độ xốp ban đầu.
3. Kích hoạt:Đây là bước quan trọng nhất trong quá trình tạo ra bề mặt có diện tích lớn. Bề mặt này có thể được tạo ra thông qua phương pháp kích hoạt vật lý (nhiệt) bằng hơi nước hoặc CO₂ ở nhiệt độ 800–1100°C, hoặc bằng phương pháp kích hoạt hóa học sử dụng các chất như KOH, NaOH, hoặc ZnCl₂ ở nhiệt độ thấp hơn. Phương pháp kích hoạt hóa học thường mang lại bề mặt có diện tích lớn hơn và thường được sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến pin siêu tụ điện (supercapacitor).
4. Rửa và Làm Sạch:Than hoạt tính đã được kích hoạt bằng hóa chất phải được rửa sạch kỹ lưỡng để loại bỏ các tác nhân kích hoạt còn sót lại và các tạp chất. Điều này rất quan trọng để đạt được độ ổn định điện hóa và độ dẫn điện cao.
5. Sấy khô:Carbon đã được tinh khiết được sấy khô để loại bỏ hơi ẩm.
6. Nghiền và phân loại (Trọng tâm chính):Các khối carbon đã được sấy khô được xay nhuyễn thành bột mịn với phân bố kích thước hạt được kiểm soát chặt chẽ. Bước này rất quan trọng vì nó trực tiếp ảnh hưởng đến mật độ đóng gói của điện cực, khả năng tiếp cận các ion và dung lượng tổng thể của điện cực.
7. Giai đoạn sau điều trị (Tùy chọn):Các phương pháp xử lý bổ sung, như tăng cường tính chức năng bề mặt hoặc pha trộn các nguyên tử khác (ví dụ: nitơ, oxy), có thể được áp dụng để nâng cao khả năng thấm ướt và hiệu ứng tích điện giả (pseudocapacitance).

Vai trò quan trọng của quá trình xay trong sản xuất than cho siêu tụ điện

Khâu xay nghiền không chỉ đơn thuần là để giảm kích thước sản phẩm, mà còn là quá trình quyết định chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Bột than hoạt tính lý tưởng dùng cho pin siêu dung lượng phải có những đặc tính sau:

• Kích thước hạt siêu mịn:Thông thường, kích thước của các điện cực nằm trong khoảng từ 5 đến 20 mikromét (D50) nhằm đảm bảo mật độ đóng gói cao và diện tích bề mặt tiếp xúc lớn.
• Phân bố kích thước hạt hẹp (Particle Size Distribution – PSD):Một tệp PSD (Photoshop Document) được thiết kế một cách nhất quán sẽ ngăn chặn các hạt lớn bị tích tụ trong lỗ của vật liệu điện cực, đồng thời đảm bảo rằng các đặc tính điện hóa trong suốt vật liệu điện cực đều như nhau.
• Độ tinh khiết cao:Quá trình mài không được để xảy ra sự lẫn lộn của các tạp chất kim loại từ các bộ phận ma sát, bởi vì chúng có thể làm suy giảm chất điện phân và rút ngắn tuổi thọ của tụ điện siêu.
• Bảo tồn cấu trúc lỗ:Quá trình xay nghiền quá mạnh có thể phá hủy cấu trúc vi mô và trung mô tinh tế đã được hình thành trong quá trình hoạt hóa. Công nghệ xay nghiền cần phải đủ nhẹ nhàng để bảo vệ cấu trúc quan trọng này, đồng thời giúp giảm kích thước hạt một cách hiệu quả.

Do đó, việc lựa chọn thiết bị mài phù hợp không chỉ là một sự lựa chọn mà còn là điều kiện thiết yếu đối với các nhà sản xuất nhắm đến thị trường pin siêu tụ cao cấp.

Giới thiệu về thiết bị phay tiên tiến

Các hệ thống xay truyền thống như máy xay bi hoặc máy xay búa thường không đáp ứng được những yêu cầu này. Chúng có thể gây ô nhiễm, tạo ra lượng nhiệt quá mức (điều này có thể làm thay đổi cấu trúc carbon của vật liệu) và tạo ra phân bố kích thước hạt (PSD – Particle Size Distribution) không đồng nhất. Các công nghệ xay hiện đại, tiên tiến hơn cung cấp khả năng kiểm soát chính xác, hiệu suất cao và mức độ ô nhiễm thấp nhất.

Những yếu tố cần xem xét quan trọng khi lựa chọn thiết bị máy xay

• Cơ chế nghiền:Hãy chọn phương pháp mài phù hợp dựa trên độ cứng và độ giòn của vật liệu, có thể là mài dựa trên tác động lực, mài dựa trên sự nén, hoặc mài dựa trên sự cắt xé.
• Hệ thống phân loại:Một thiết bị phân loại không khí tích hợp, có độ chính xác cao là điều thiết yếu để đạt được phân bố độ rộng xạ tia (PSD – Particle Size Distribution) hẹp và để tái chế các hạt có kích thước vượt quá giới hạn.
• Khả năng chịu mài mòn:Các bộ phận được dùng để mài phải được chế tạo từ gốm tiên tiến hoặc kim loại được tôi cứng đặc biệt để giảm thiểu tối đa mức độ ô nhiễm.
• Hệ Thống Điều Hòa Nhiệt Độ:Điều hòa nhiệt hiệu quả là cần thiết để ngăn chặn sự suy giảm chất lượng của than hoạt tính nhạy cảm với nhiệt độ.
• Tự động hóa và Điều khiển:Các hệ thống dựa trên PLC cho phép kiểm soát chính xác các thông số như tốc độ cấp nguyên liệu, mức năng lượng sử dụng trong quá trình mài, và tốc độ của thiết bị phân loại, đảm bảo chất lượng sản phẩm luôn ổn định.

Các giải pháp khoan cắt được khuyến nghị

Dựa trên những yêu cầu nghiêm ngặt đối với quá trình sản xuất than hoạt tính được sử dụng trong siêu tụ điện, chúng tôi đặc biệt khuyến nghị dùng thiết bị nghiền chủ lực của chúng tôi, được thiết kế riêng cho các ứng dụng yêu cầu chất lượng cao và sản phẩm dạng bột mịn.

1. Máy xay siêu mịn SCM Series (45-5μm)

Đối với những ứng dụng đòi hỏi loại bột có chất lượng cao nhất và độ chính xác tuyệt đối, sản phẩm của chúng tôi…Máy xay siêu mịn SCM Ultrafine MillĐây là giải pháp lý tưởng. Chiếc máy này được thiết kế để sản xuất bột có kích thước từ 325 đến 2500 mesh (D97 ≤ 5μm), phù hợp hoàn hảo cho việc sản xuất vật liệu carbon dùng trong các tụ điện siêu tốc cao cấp. Loại vật liệu này đòi hỏi các hạt có kích thước siêu mịn và đồng nhất nhằm tối đa hóa diện tích bề mặt và mật độ điện cực.

Lợi thế kỹ thuật:

• Hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng:Nó có dung lượng gấp đôi so với các máy xay dùng phương pháp phun, đồng thời giảm mức tiêu thụ năng lượng xuống 30%. Hệ thống điều khiển thông minh của nó cung cấp thông tin phản hồi tự động về độ mịn của sản phẩm cuối cùng.
• Phân loại độ chính xác cao:Trang bị hệ thống phân loại bằng tuabin đứng, thiết bị này đảm bảo việc phân chia kích thước hạt một cách chính xác, không có sự lẫn lộn của bột thô, từ đó tạo ra sản phẩm cuối cùng đồng nhất.
• Thiết kế bền bỉ:Các bánh rung và vòng đặc biệt được chế tạo từ những vật liệu chống mài mòn, giúp kéo dài đáng kể thời gian sử dụng. Thiết kế ống vít không sử dụng đối trọng trong buồng nghiền đảm bảo hoạt động ổn định.
• Bảo vệ môi trường và giảm tiếng ồn:Bộ thu bụi loại có công nghệ xử lý bụi theo nhịp tim vượt qua các tiêu chuẩn quốc tế; thiết kế phòng cách âm giúp giữ mức độ ồn dưới 75dB.

Thông số kỹ thuật của mẫu (Trích đoạn):

• SCM800: Sức chứa 0,5–4,5 tấn/giờ, Công suất động cơ chính 75kW
• SCM1000: Khả năng xử lý từ 1,0 đến 8,5 tấn/giờ (t/h), Công suất động cơ chính 132kW
• SCM1680: Sức chứa từ 5,0 đến 25 t/h, Công suất động cơ chính 315kW

2. Máy nghiền hình thang dòng MTW (600–45μm)

Đối với các dây chuyền sản xuất yêu cầu công suất cao và độ tin cậy cao, đặc biệt trong các quá trình xay các loại vật liệu có hạt lớn hơn một chút hoặc các bước giảm kích thước ban đầu, sản phẩm của chúng tôi…Dòng máy xay hình chữ nhật MTW SeriesĐây là một lựa chọn rất tuyệt vời. Thiết bị này xử lý các vật liệu một cách hiệu quả với kích thước đầu vào lên đến 50mm và tạo ra bột có độ mịn từ 30 đến 325 mesh (tức là kích thước hạt từ 0,038mm trở lên).

Lợi thế kỹ thuật:

• Thiết kế xẻng chống mài mòn:Đặc điểm nổi bật của sản phẩm này là lưỡi xẻng được kết hợp với nhau, giúp giảm chi phí bảo trì; thiết kế cong của lưỡi xẻng còn giúp tăng tuổi thọ của bánh mài.
• Kênh Khí Điều Hòa Tối Ưu Hóa:Đường ống không khí cong giúp giảm tổn thất năng lượng trong dòng khí, từ đó nâng cao hiệu suất truyền thông. Các tấm bảo vệ có độ bền cao được lắp đặt để bảo vệ bề mặt hoạt động.
• Hệ truyền động bằng bộ răng hoàn chỉnh (Integral Gear Transmission):Sử dụng hệ thống truyền động bằng bánh răng nghiêng với hiệu suất truyền động lên đến 98%, giúp tiết kiệm không gian và giảm chi phí lắp đặt.
• Cấu trúc xoắn ốc chịu mài mòn:Thiết kế không chặn (non-blocking design) giúp nâng cao hiệu quả phân loại không khí và giảm chi phí bảo trì lên đến 30%.

Những nhà máy này áp dụng công nghệ tiên tiến đã được cấp bằng sáng chế, bao gồm các thiết kế thuộc sở hữu trí tuệ độc quyền, hệ thống bôi trơn bằng dầu bên trong, và công nghệ loại bỏ bụi kiểu xung thuộc hàng đầu thế giới, đảm bảo chúng đáp ứng các tiêu chuẩn cao nhất về hiệu suất và độ tin cậy trên phạm vi toàn cầu.

Kết luận

Việc sản xuất than hoạt tính chất lượng cao để sử dụng trong các tấm pin siêu tụ điện là một quá trình phức tạp, trong đó mỗi giai đoạn đều có tầm quan trọng đặc biệt. Giai đoạn xay nghiền đặc biệt quan trọng trong việc quyết định các đặc tính điện hóa của sản phẩm cuối cùng. Việc đầu tư vào công nghệ xay nghiền tiên tiến, chính xác và đáng tin cậy không chỉ là chi phí vận hành mà còn là một khoản đầu tư chiến lược nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và sức cạnh tranh trên thị trường.

Của chúng tôiMáy xay siêu mịn SCM Ultrafine MillvàDây chuyền máy xay hình thang MTW SeriesĐây là biểu tượng của sự tiến bộ trong công nghệ xay nghiền, mang lại độ chính xác, hiệu suất và độ sạch cần thiết để sản xuất than hoạt tính chất lượng cao, đạt tiêu chuẩn cho các ứng dụng trong lĩnh vực pin siêu nạp. Bằng cách lựa chọn thiết bị phù hợp, các nhà sản xuất có thể đảm bảo việc sản xuất đồng nhất những vật liệu có hiệu suất cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành lưu trữ năng lượng tiên tiến.