Sebagai bahan elektroda sel surya, grafit banyak digunakan dalam produksi elektroda sel surya karena konduktivitas listrik dan termalnya yang baik serta stabilitas kimia yang baik.
Saat ini, ada dua jenis utama produk grafit yang umum beredar di pasaran: satu adalah grafit buatan (juga dikenal sebagai grafit alam); Yang kedua adalah grafit dengan kemurnian tinggi (juga dikenal sebagai grafit semi konduktif).
Grafit buatan terutama terdiri dari atom karbon dan merupakan bahan non-logam anorganik yang dapat digunakan untuk membuat produk industri elektronik seperti pasta konduktif, bahan konduktif, dan karbon hitam. Kegunaan utamanya adalah sebagai bahan penghantar pada industri elektronika untuk meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi listrik.
Namun, karena konduktivitas yang buruk, konduktivitas termal yang buruk, koefisien muai panas yang tinggi, stabilitas termal yang buruk, kekuatan mekanik yang rendah dan alasan lain dari grafit buatan alami dan semi-konduktif, grafit ini tidak dapat langsung digunakan dalam elektroda sel surya.
Oleh karena itu, dalam proses produksi sel surya, grafit alami dan semi konduktif buatan perlu dimurnikan untuk meningkatkan konduktivitas termal dan listriknya. Pada saat yang sama, perlu untuk meningkatkan koefisien ekspansi termal dan kekuatan mekaniknya.
Selain itu, grafit buatan, sebagai salah satu bahan baku penting dalam industri fotovoltaik, terutama digunakan dalam produksi bahan anoda untuk baterai litium-ion, bahan konduktif untuk sel surya, pasta elektroda, dan karbon hitam.
Dengan berkembangnya industri fotovoltaik ke tingkat tegangan yang lebih tinggi, persyaratan yang lebih baik diajukan untuk bahan elektroda: di satu sisi, perlu untuk meningkatkan konduktivitas sekaligus memastikan tegangan tinggi; Di sisi lain, stabilitas termal dan kekuatan mekanik yang baik diperlukan untuk beradaptasi dengan aplikasi dalam kondisi yang keras.
Oleh karena itu, grafit buatan alami dan semi-konduktif memiliki keunggulan besar dan telah menjadi salah satu bahan baku yang sangat diperlukan dalam industri fotovoltaik, yang juga menjadikan graphene buatan alami dan semi-konduktif sebagai bahan elektroda yang paling banyak digunakan di bidang fotovoltaik menerima lebih banyak dan mendapat perhatian lebih dari pasar.
1. Siapkan bahan elektroda berbasis karbon baru
Grafit buatan alami dan semi-konduktif sebagai bahan anoda untuk baterai litium-ion, dikombinasikan dengan bahan fungsional lainnya seperti karbon hitam dan polimer konduktif, dapat digunakan untuk menyiapkan bahan anoda baterai litium-ion, yang secara efektif dapat meningkatkan kepadatan dan siklus daya umur baterai.
Pengendapan tabung nano karbon oleh grafit buatan alami dan semi-konduktif untuk menyiapkan komposit tabung nano karbon/grafit dan menggunakannya sebagai anoda sel surya dapat secara efektif meningkatkan kepadatan daya, efisiensi pengisian-pengosongan, kinerja laju, dan umur siklus.
Komposit karbon nanotube/graphene dibuat dengan metode sederhana menggunakan grafit buatan dan karbon nanotube sebagai bahan baku.
Campuran karbon hitam dan graphene digabungkan sebagai aditif dan ditambahkan ke elektrolit polimer untuk membentuk bahan anoda baterai lithium-ion.
2. Anoda baterai lithium-ion baru
Dengan berkembangnya baterai lithium-ion berdensitas energi tinggi, persyaratan yang lebih tinggi telah diajukan untuk bahan anoda, terutama untuk kapasitas besar, siklus panjang, biaya rendah, dan konsumsi litium rendah.
Graphene telah menjadi salah satu pusat penelitian bahan anoda baterai lithium-ion karena kapasitas spesifiknya yang tinggi.
Selain itu, bahan karbon yang diwakili oleh grafit secara bertahap menjadi pusat penelitian dalam beberapa tahun terakhir.
3. Bubur elektroda baterai lithium-ion berbasis grafit baru
Graphene banyak digunakan dalam bidang baterai lithium-ion karena kinerja elektrokatalitiknya yang sangat baik, dan merupakan bahan yang ideal untuk pembuatan anoda baterai lithium-ion berkinerja tinggi, namun penerapannya pada baterai lithium-ion sangat terpengaruh karena konduktivitasnya yang buruk dan ekspansi volume yang besar setelah adsorpsi ion litium di permukaan.
Untuk mengatasi masalah ini, para ilmuwan di Universitas Nasional Seoul di Korea menggunakan deposisi uap kimia (CVD) untuk menumbuhkan lapisan graphene pada permukaan grafit, dan lapisan graphene komposit dengan lembaran grafit untuk mendapatkan material komposit.
Hasilnya menunjukkan bahwa: (1) Struktur komposit tidak hanya memecahkan masalah mudahnya aglomerasi lembaran graphene, tetapi juga meningkatkan sifat mekanik lembaran grafit; (2) Permukaan lapisan graphene pada material komposit mengandung sejumlah besar gugus organik, yang dapat meningkatkan reaktivitas graphene dan garam litium; (3) Struktur jaringan tiga dimensi yang terbentuk pada material komposit dapat secara efektif menekan resistansi kontak antar partikel dalam baterai dan meningkatkan kinetika reaksi elektrokimia.
4. Penelitian dan analisis teknologi preparasi dan proses utama pasta-anoda konduktif
Pasta elektroda dibuat menjadi pasta lembaran elektroda dan dipadukan dengan bahan aditif konduktif sehingga membentuk bahan baterai dengan pasta konduktif sebagai pengumpul arus konduktif, yang merupakan bagian penting dari fungsi baterai, dan kinerjanya secara langsung mempengaruhi kinerja baterai.
Teknologi preparasi anoda pasta konduktif meliputi teknologi pemurnian grafit, teknologi preparasi elektroda baterai lithium-ion, dan teknologi preparasi elektroda grafit.
Bubur konduktif terutama terdiri dari bahan konduktif atau bahan anoda, yang dapat ditambahkan ke elektrolit sebagai pelumas selama pemrosesan elektroda untuk meningkatkan area kontak antara elektroda dan elektrolit, memperpendek jalur difusi ion, dan meningkatkan laju reaksi dan kedalaman reaksi untuk mengurangi biaya.