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Graphite has broken a new path
지난 수십 년 동안, 음극 제조에 일반적으로 사용되는 탄소의 특수한 결정형인 Graphite 는 배터리 시장에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다.
전통적으로 Graphite 는 윤활제, 브레이크 라이닝, 또는 제강 등에 사용됩니다. 그러나 최근에는 전기차(EV) 배터리에서의 응용이 더욱 중요해지고 있습니다.
Graphite 의 층상 구조는 리튬 이온의 흐름을 원활하게 이동시키므로 배터리의 사이클 수명이 길어집니다.
또한, Graphite 는 쉽게 구할 수 있어 소유 비용이 낮다는 장점이 있습니다. 전체 자동차 시장이 침체하는 상황에서도 2023년 글로벌 전기차 판매는 30% 이상 성장했습니다.
전기차 판매의 두 자릿수 성장은 흑연 수요의 급증과도 맞물려 있습니다. 환경 관련 규제와 비싼 휘발유 가격으로 인해 Graphite 에 대한 수요는 지속될 것으로 예측됩니다.
구형의 Graphite 제조를 위해 천연 플레이크 흑연은 분쇄 및 분류 과정을 거치게 됩니다.
흑연의 적절한 입자 크기 분포는 배터리의 용량 유지, 전력 밀도 또는 전도성 등의 측면에서 배터리 성능을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.
Bettersizer ST as a practical and powerful partner
품질 관리의 필수 단계로서, 분쇄된 흑연의 입자 크기 측정은 입자 크기 분석기를 사용하여 수행될 것입니다.
특허받은 듀얼 렌즈 광학 시스템 (DLOS) 을 갖춘 Bettersizer ST 는 0.1 에서 1000 μm 범위의 흑연 측정에 탁월한 성능을 발휘하고 있습니다.
SOP 에 따른 지능형 샘플 측정, 견고하고 내구성 있는 구조 설계, 그리고 작은 설치 공간 등의 특징을 가진 Bettersizer ST 는 간단하고 정밀한 측정을 통해
신뢰할 수 있는 정확한 결과를 제공합니다. 이는 치열한 흑연 생산 경쟁에서 Bettersizer ST 는 여러분에게 귀중한 작업 공간과 측정 시간을 절약하는 데 크게 기여할 것으로 자신합니다.
Figure 1. Preparation of the surfactant and dispersion status.
샘플에 적용된 계면활성제의 양은 흑연의 분산 효과에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
Alkylbenzene Sulfonate 와 물의 부피 비율은 1 대 100 입니다. 본 연구에서는 약 50mg 의 흑연을 샘플링하여, 준비된 계면활성제를 흑연 샘플에 각각 다른 양으로 추가했습니다.
측정은 회전 속도 1200rpm, 초음파 처리 시간 30초의 조건에서 수행되었으며, 결과는 비교되어 Table 1 에 표시되었습니다.
Table 1. Comparison of the measurement results after the addition of different amount of surfactant.
위 도식은 sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS) 를 이용한 계면활성제의 준비 과정과, 준비된 계면활성제를 각기 다른 양 첨가하였을 때 흑연의 분산 효과에 관해 보여주고 있습니다.
계면활성제를 1.5mL 만 추가했을 때는 흑연이 충분히 wetting 되지 않았지만, 2.5mL 또는 5mL 의 계면활성제를 사용했을 때 분산 효과가 우수하였으며, 측정 결과도 매우 좋았습니다.
분산 상태는 Figure 1 의 사진을 보면 알 수 있습니다. 샘플의 분산 중에 거품이 형성될 수 있기 때문에 계면활성제의 과도한 첨가는 피해야 하며, 2.5mL 첨가 후의 측정 결과가 기준이 됩니다.
또한 분산에 영향을 미치는 중요한 요인 중 하나는 초음파 처리 시간입니다. Bettersizer ST 에 내장된 초음파 장치의 세기는 조절할 수 있으며 흑연 분산에 최적화된 조건으로 사용자가 설정 가능합니다.
상업용 흑연을 앞서 언급한 준비 절차에 따라 계면활성제 처리를 한 후 Bettersizer ST 로 측정하였습니다.
초음파 세기의 강도는 50와트로 설정하였으며 30초마다 샘플을 측정하였습니다.
측정 결과는 Table 2 에 나와 있으며, 몇 가지 대표적인 값의 경향은 Figure 2 에 표시되어 있습니다.
60초 이후의 측정 결과는 안정적이었는데 이는 Bettersizer ST 의 초음파 장치를 통한 분산 효율이 매우 높다는 것을 의미합니다.
또 다른 관점에서 볼 때, 장비의 빠른 stabilization 시간은 계면활성제를 통한 분산이 매우 효과적이라는 것을 이야기 하는 것입니다.
내장 초음파 장치는 입자들이 응집하는 현상이 발생하는 것을 매우 효과적으로 방지하는 기능을 합니다.
Table 2. Typical values with different duration of ultrasonic treatment.
Figure 2. Trend curves of typical values with different duration of ultrasonic treatment.
Conclusion
배터리 산업의 폭발적인 성장은 흑연에 대한 높은 수요로 이어지고 있습니다. 신뢰할 수 있고 정확한 측정 결과를 편리하게 얻기 위해서는 우수한 장비가 필요하며,
이러한 이유로 Bettersizer ST 를 개발하게 되었습니다.
또한, Graphite 의 측정 조건도 매우 중요합니다. Bettersizer ST 는 사용자 친화적인 소프트웨어 설정과 장비의 안정적인 작동을 통해 최적의 조건을 쉽게 찾을 수 있도록 도와줍니다.
Reference
1] Global electric car sales rose 31% in 2023 - Rho Motion. (n.d.). https://www.reuters.com/business/autostransportation/global-electric-car-sales-rose-31-2023-rhomotion-2024-01-11
[2] Maciej R., Bartosz H., Michal K., Maciej B., Dominika Z., Andrzej C. (2018). Impact of natural and synthetic graphite milling energy on lithium-ion electrode capacity and cycle life. Carbon, 145, 82-89. https://doi.org/10.1016/ j.carbon.2019.01.019
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