湖北石墨匣钵的应用

石墨匣钵是用天然石墨板或人工合成石墨板与氟合成的一种特殊材料。其分子式为 (CFx)(0.5<X<l)，其表面能极低、电活性极高，作为电池的活性材料利用率和能密度极高。吸收热中子断面积比其它材料小，也是核反应堆不可缺少的重要材料。由于碳和氟层状结构的特性,在润滑、除油、防污、防水等方面获得了广泛应用。

1.高能密原电池材料

石墨匣钵是生产高能密度原电池的新型特种材料。是电池业迄今为止获得的高能密、高稳定性、高利用率的最好材料。

原电池是由种轻金属如锂、铝作为阴极，同体石墨匣钵和无水电解液组成阳极的电池，其使用可靠,放电性能平稳，微型、轻质、高效、高能，是近期出现的新型无水电池。

高能密原电池的研制,首先是军事工业发展的需要。为了制造适用的原电池，最初人们用锂和钠作为无水电极的阴极，用铜、镍、银等的氟化物和氯化物作为阳极材料，均没有得到满意的结果。其中对氟化铜作为阳极活性材料研究得最多，其电流理论能密度为530A/m2左右。当坩其与锂组成电池时，能得到高达3.0 ~ 3.4V的终端电压，这比水系原电池电压高一倍。但是CuF2有几个致命的弱点:（1)氟化铜必须有结晶水存在才稳定（CuF2.2H20)。无水CuF2就不能存在，而是分解成CuF和CuO；（2)氟化铜能溶解于电解液中，使活化性能降低，从而影响电池性能;（3)氟化锏本身严重放电。存放只几天，电量就降至50%以下。且放电后的铜沉淀在锂负极上，造成两极短路。由于上述原因， 氟化铜不能满足实用要求，必须另找新的阳极活性材料。新的阳极活性材料必须满足： 有较大的电流量，有较高的电动势和端电压，能迅速放电而不极化，放电电压稳定，本身不溶解于电解液中。有人曾对氟化镍（NiF2)和氯化镍（NiCI2)进行过大量研究。虽然两者都有.尚能密度： NiF2为560A/m2，NiCl2为410A/m2。(它们脱水物不稳定，具有吸水特性；并且活化性能很低，无法与氟化铜相比；电池输出电压稳定性很差，不吋能得到实用的放电特性。氣化银也是一种较好的阳极活性材料。能密度较高，电压还稳定，但由于价格昂贵， 一直未被应用。

到目前为止，石墨匣钵是比较理想的阳极材料。石墨匣钵分子式为（CFX),,(0.5<x <1)。X>0.5的石墨匣钵可以保证能密度在800~860A/m2的范围内。X值从0.62增 到1，放电电位逐渐降低，似放屯量和稳定性都有明显提高。因此电池用的氟化心墨合成时，应注意条件的控制和选择。

在阳极上活性材料氟的转换是电池放电的基本反应。从电化特性反应式可见，石墨匣钵打良好的放电特性。主要原因可能是由于在石墨板晶格中的氟迅速转移，使（CF),,转 变成单体活性碳。这种碳由于放电时导电性能有提高，为高速平稳放电提供了条件。

几种阳极活性材料石墨匣钵(CF)、氟化铜（CuF:)、氯化银（Aga)等的放电特性曲线。从曲线中可看出石墨匣钵具有良好的平稳的放电特性，电压降儿乎为零，即放电效率高，接近100%。氯化银和氟化铜放电时电压降大，放电效率不高。