Kupferelektroden, Kohlenstoffverbundwerkstoffe und andere Materialien haben in bestimmten Anwendungsbereichen das Potenzial gezeigt, Graphitelektroden zu ersetzen. Der Grad der Substitution variiert jedoch je nach Anwendungsszenario, Kosten und Leistungsanforderungen. Im Folgenden wird das Substitutionspotenzial dieser beiden Materialien detailliert analysiert:
Ersatz von Graphitelektroden durch Kupferelektroden
Anwendungsgebiet der Funkenerosion (EDM):
- Vorteile: Graphitelektroden bieten beim EDM-Verfahren Vorteile wie geringen Elektrodenverbrauch, hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit, gute mechanische Bearbeitbarkeit, geringes Gewicht und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Kupferelektroden sind jedoch in bestimmten Anwendungsfällen weiterhin unverzichtbar. Beispielsweise werden sie bei Bearbeitungen, die höchste Präzision und Oberflächenqualität erfordern, aufgrund ihrer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit und ihrer hervorragenden mechanischen Bearbeitungseigenschaften bevorzugt.
- Substitutionssituation: In Europa bestehen über 90 % der von Formenbauunternehmen verwendeten Elektrodenmaterialien aus Graphit, was die dominante Stellung von Graphitelektroden in der Funkenerosion unterstreicht. In China hingegen setzen die meisten Formenbauunternehmen aus historischen Gründen und aufgrund von Kostenüberlegungen weiterhin auf Kupfer als primäres Elektrodenmaterial. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Graphitelektrodentechnologie und sinkenden Kosten dürfte der Marktanteil von Kupferelektroden im Bereich der Funkenerosion jedoch allmählich zurückgehen.
Andere Bereiche:
- In der Batterie- und Leitermaterialforschung werden Kupferelektroden aufgrund ihrer überlegenen elektrischen Leitfähigkeit häufig eingesetzt. Graphitelektroden können Kupferelektroden in diesen Bereichen aufgrund ihrer vergleichsweise geringen elektrischen Leitfähigkeit nur schwer ersetzen.
Ersatz von Graphitelektroden durch Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe
Photovoltaikfeld:
- Vorteile: Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe (C/C) zeichnen sich durch überlegene Hitzebeständigkeit, mechanische Eigenschaften und Lebensdauer bei gleichzeitig sinkenden Kosten aus. Im Bereich der Photovoltaik-Thermotechnik haben C/C-Verbundwerkstoffe Graphit als Standardwerkstoff zunehmend abgelöst. Beispielsweise ersetzen sie in Czochralski-Einkristall-Siliziumöfen isostatisch gepresste Graphitwerkstoffe aufgrund ihrer verbesserten mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen, ihrer höheren Sicherheit und ihrer Kosteneffizienz.
- Substitutionssituation: Angesichts der rasanten Entwicklung der Photovoltaikindustrie und der kontinuierlichen Weiterentwicklung der C/C-Verbundwerkstofftechnologie wird ihr Marktanteil im Bereich der Photovoltaik-Thermik weiter steigen. Es wird erwartet, dass C/C-Verbundwerkstoffe Graphit in der Photovoltaik-Thermik innerhalb der nächsten Jahre vollständig ersetzen werden.
Anodenfeld von Lithium-Ionen-Batterien:
- Vorteile: C/C-Verbundwerkstoffe haben aufgrund ihrer hervorragenden Leistung und Kosteneffizienz das Potenzial, Graphitanoden in Lithium-Ionen-Batterien zu ersetzen. Laut einem Forschungsbericht der China International Capital Corporation (CICC) wird sich der Substitutionsprozess von C/C-Verbundwerkstoffen in diesem Bereich mit weiter sinkenden Kosten beschleunigen.
- Substitutionssituation: Derzeit steckt die Anwendung von C/C-Kompositen im Bereich der Lithium-Ionen-Batterieanoden noch in den Kinderschuhen. Mit fortschreitender Technologieentwicklung und sinkenden Kosten wird die Wahrscheinlichkeit, dass sie Graphitelektroden ersetzen, jedoch schrittweise steigen.
Andere Bereiche:
- Kohlenstoffverbundwerkstoffe bieten zudem breite Anwendungsmöglichkeiten in Branchen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Beispielsweise wird im Bereich der Kfz-Bremsscheiben von C/C-Verbundwerkstoffen ein Durchbruch erwartet, wodurch sie herkömmliche Materialien ersetzen könnten.
Veröffentlichungsdatum: 21. August 2025