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从实验室到产业化:龙鑫超高速离心雾化技术实现石墨烯喷雾干燥机效率与品质双跃升

发表时间:2025-04-11
       石墨烯是一种由碳原子以 sp2杂化轨道组成六元环呈蜂窝状的二维碳纳米材料。电子领域可用于制造更快速、更高效的晶体管、柔性显示屏等电子器件,提升电子产品的运行速度和性能。能源领域作为电极材料应用于锂离子电池等,能够提高电池的充电速度和储能能力;在超级电容器中也能发挥重要作用,实现快速充放电。
       石墨烯可以作为锂离子电池的负极材料,其独特的二维结构能够提供更多的储锂位点,提高电池的容量和循环寿命。同时,石墨烯还可以用于包覆或掺杂传统的电极材料,增强其导电性和电化学性能,缩短电池的充电时间。例如,一些新能源汽车企业正在研究将石墨烯应用于锂离子电池,以提高电动汽车的续航里程和充电速度。随着对钠离子电池的研究不断深入,石墨烯在其中的应用也备受关注。石墨烯可以为钠离子电池提供更高的导电性和结构稳定性,有助于推动钠离子电池的商业化应用。

行业痛点:石墨烯干燥的“卡脖子”难题

       石墨烯的二维纳米结构对干燥工艺极为敏感。在锂离子电池负极材料制备中,若干燥过程控制不当,石墨烯片层易因溶剂残留或局部过热发生堆叠团聚,导致储锂位点减少、离子传输效率下降,Z终影响电池容量与循环寿命;在半导体领域,用于柔性芯片的石墨烯薄膜对杂质含量和片层均匀性要求苛刻,传统喷雾干燥机的雾化粒径不均与热应力冲击,常造成材料缺陷率升高,良率不足40%;而在复合材料生产中,石墨烯分散液干燥后的粒度分布直接影响增强相的界面结合强度,普通设备难以实现亚微米级粒径的精准控制。
       此外,随着钠离子电池、固态电解质等新兴领域的技术迭代,对石墨烯基材料的干燥提出了更高要求:既要在低温环境下快速去除溶剂以保留官能团活性,又需实现规模化连续生产以降低成本。传统离心喷雾干燥机普遍存在雾化转速不足(<160米/秒)、热场均匀性差、智能控制缺失等问题,已成为石墨烯产业化的“关键短板”。

龙鑫技术突破:定制化研发攻克工艺参数壁垒  

       作为干燥设备领域的创新驱动者,江苏龙鑫干燥技术团队深耕石墨烯制备工艺多年,针对行业痛点展开专项攻关。团队通过搭建石墨烯干燥动力学模型,系统研究了雾化转速、热空气温度、进料流量等32项核心参数对石墨烯微观形貌(片层厚度、褶皱程度)、粒度分布(D50/D90值)及电化学性能(电导率、比表面积)的影响规律。经500+次正交试验验证,发现当雾化转盘圆周速度提升至230米/秒以上时,雾滴粒径可控制在5-20微米,且片层破损率降低60%;结合机器学习算法建立的工艺参数数据库,可针对氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯复合材料等不同品类,自动匹配Z优干燥方案。


石墨烯喷雾干燥机 工作原理

     (1) 空气处理
       外界空气首先经过初效、中效等空气过滤器,去除空气中的灰尘、杂质、微生物等污染物,确保进入干燥系统的空气是洁净的。过滤后的干净空气被鼓风机吸取,然后经过加热器加热,使其成为具有一定温度和热量的热空气。热空气的温度根据石墨烯材料的特性和干燥要求进行设定和调节。
     (2) 物料雾化
       石墨烯的前驱体溶液或悬浮液经过滤后,由蠕动泵输送到喷雾干燥机顶部的离心雾化器。在离心雾化器中,料液在高速旋转的转盘(圆周速度可达 160~230 米/秒)作用下,受到离心力的影响从盘边缘被甩出并分散成极其微小的雾状液滴。这些雾滴具有很大的表面积,能够与热空气充分接触,极大地提高了干燥效率。
     (3) 干燥过程
       雾化后的石墨烯雾滴与热空气在干燥室中并流接触,热空气将自身的热量传递给雾滴,使雾滴中的溶剂(如水、有机溶剂等)迅速蒸发。由于雾滴的表面积大,且热空气的温度较高,所以水分蒸发速度非常快,在极短的时间内(通常只需数秒钟)雾滴就可以被干燥成为固体颗粒。随着溶剂的不断蒸发,石墨烯颗粒逐渐形成并不断干燥,zui终成为干燥的石墨烯粉末。
     (4) 产物收集
       干燥后的石墨烯粉末和气体的混合物进入布袋除尘器,把石墨烯粉末从气体中分离出来。分离出来的石墨烯粉末通过过滤器底部的出料口排出,被收集起来,而气体介质(主要是带有少量水汽和其他气体的空气)则经过进一步过滤后由引风机排出系统,以确保排出的气体符合环保要求。


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