في إنتاج خلايا البطارية عالية الأداء، تلعب المواد النانوية والمواد النانوية دورا هاما في توفير الموصلية الكهربائية الفائقة وكثافات التخزين العالية والقدرة العالية والموثوقية. من أجل تحقيق وظائف كاملة من المواد النانوية، يجب أن تكون الجسيمات النانوية موزعة بشكل فردي أو تقشير وقد تحتاج إلى مزيد من خطوات المعالجة مثل التشغيل الوظيفي. الموجات فوق الصوتية نانو تجهيز هو تقنية متفوقة وفعالة وموثوق بها لإنتاج المواد النانوية عالية الأداء ونانوكومبوسيتس لإنتاج البطارية المتقدمة.

التشتت بالموجات فوق الصوتية من المواد النشطة الكهروكيميائية في الطين القطب

تستخدم المواد النانوية كمواد قطب كهربائي مبتكرة ، مما أدى إلى تحسين أداء البطاريات القابلة لإعادة الشحن بشكل كبير. يعد التغلب على التكتل والتجميع وفصل الطور أمرا بالغ الأهمية لإعداد الطين لتصنيع الأقطاب الكهربائية ، خاصة عندما يتعلق الأمر بمواد نانوية. تزيد المواد النانوية من مساحة السطح النشطة لأقطاب البطارية ، مما يسمح لها بامتصاص المزيد من الطاقة أثناء دورات الشحن وزيادة سعة تخزين الطاقة الإجمالية. من أجل الحصول على الاستفادة الكاملة من المواد النانوية ، يجب أن تكون هذه الجسيمات ذات البنية النانوية مفككة وتوزع كجزيئات منفصلة في ملاط القطب الكهربائي. توفر تقنية التشتت بالموجات فوق الصوتية قوى قص عالية مركزة (sonomechnical) بالإضافة إلى طاقة كيميائية صوتية ، مما يؤدي إلى خلط المستوى الذري وتعقيد المواد ذات الحجم النانوي.
يجب توزيع جزيئات النانو مثل الجرافين والأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) والمعادن والمعادن الأرضية النادرة بشكل موحد في ملاط مستقر من أجل الحصول على مواد قطب كهربائي عالية الوظيفية.
على سبيل المثال، الجرافين وCNTs معروفة جيدا لتعزيز أداء خلايا البطارية، ولكن يجب التغلب على تكتل الجسيمات. وهذا يعني أن تقنية التشتت عالية الأداء، القادرة على معالجة المواد النانوية وربما اللزوجات العالية، مطلوبة تماما. المسبار من نوع ultrasonicators هي طريقة تفريق عالية الأداء، والتي يمكن معالجة المواد النانوية حتى في الأحمال الصلبة العالية موثوق بها وفعالة.

لماذا سونيكيشن هي تقنية متفوقة لمعالجة المواد النانوية؟

عندما تقنيات أخرى تفريق وخلط مثل خلاطات عالية القص، وطواحين الخرز أو المتجانسات الضغط العالي تأتي إلى حدودها القصوى، ultrasonication هو الأسلوب الذي يبرز لمعالجة ميكرون نانو الجسيمات.
الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة والتجويف الصوتية التي تم إنشاؤها بالموجات فوق الصوتية توفر ظروف طاقة فريدة من نوعها وكثافة الطاقة القصوى التي تسمح ل deagglomerate أو تقشير المواد النانوية، لتشغيلها، وتوليف الهياكل النانوية في عمليات من أسفل إلى أعلى، وإعداد المكونات النانوية عالية الأداء.
منذ Hielscher ultrasonicators تسمح السيطرة الدقيقة على المعلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية أهم مثل كثافة (WS / مل) ، والسعة (μm) ، ودرجة الحرارة (ºC / ºF) والضغط (شريط) ، وظروف المعالجة يمكن ضبطها بشكل فردي إلى الإعدادات المثلى لكل مادة وعملية. وبالتالي، التشتت بالموجات فوق الصوتية هي تنوعا للغاية، ويمكن استخدامها للعديد من التطبيقات مثل، CNT التشتت، تقشير الجرافين، التوليف سونوتشيميكال من جزيئات قذيفة الأساسية أو وظيفية من الجسيمات النانوية السيليكون.

SEM micrographs من سونوكيميائية أعدت Na0.44MnO2 عن طريق التكلس في 900 درجة مئوية لمدة 2 ساعة.
(دراسة وصورة: ©Shinde et al., 2019)

معرفة المزيد عن Hielscher ultrasonicators الصناعية لمعالجة المواد النانوية في تصنيع البطارية!

أدناه يمكنك أن تجد مختلف التطبيقات يحركها بالموجات فوق الصوتية من معالجة المواد النانوية:

توليف بالموجات فوق الصوتية من الأجسام النانوية

توليف بالموجات فوق الصوتية من الجرافين-SnO₂ نانوكومبوسايت: طور فريق البحث في Deosakar وآخرون (2013) طريقا بمساعدة بالموجات فوق الصوتية لإعداد الجرافين-SnO2 نانوكومبوسيت. بحثوا في آثار التجويف الناتجة عن الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة أثناء تركيب مركب الجرافين-SnO2. ل sonication، استخدموا جهاز الفوق صوتيات Hielscher. النتائج تثبت تحسين بالموجات فوق الصوتية غرامة وموحدة تحميل SnO₂ على nanosheets الجرافين عن طريق الأكسدة - الحد من التفاعل بين أكسيد الجرافين وSnCl₂•2H₂O مقارنة مع أساليب التوليف التقليدية.

رسم بياني يوضح عملية تكوين أكسيد الجرافين و SnO₂-الجرافين نانوكومبوسايت.
(دراسة وصور: ©ديوساكار وآخرون، 2013)

SnO₂-وقد تم إعداد nanocomposite الجرافين بنجاح من خلال الموجات فوق الصوتية الجديدة والفعالة بمساعدة حل القائم على طريق التركيب الكيميائي وأكسيد الجرافين تم تخفيضها من قبل SnCl₂ إلى أوراق الجرافين في وجود تحليل HCl. TEM يظهر تحميل موحدة وغرامة من SnO₂ في أغطية نانوية الجرافين. وقد ثبت أن الآثار التجويف المنتجة بسبب استخدام الإشعاعات بالموجات فوق الصوتية لتكثيف تحميل غرامة وموحدة من SnO2 على nanosheets الجرافين أثناء الأكسدة - الحد من التفاعل بين أكسيد الجرافين وSnCl₂•2H₂O. ويعزى التحميل المكثف الدقيق والموحد للجسيمات النانوية SnO2 (3-5 نانومتر) على أغطية نانوية منخفضة الجرافين إلى تعزيز النوى ونقل المذاب بسبب تأثير التجويف الناجم عن الإشعاعات بالموجات فوق الصوتية. تحميل غرامة وموحدة من SnO₂ كما تم تأكيد الجسيمات النانوية على أغطية النانو الجرافين من تحليل TEM. تطبيق SnO توليفها₂–يتم توضيح نانوكومبوسيت الجرافين كمادة أنود في بطاريات أيونات الليثيوم. قدرة SnO₂–الجرافين nanocomposite القائم على بطارية لي مستقرة لحوالي 120 دورات، ويمكن للبطارية تكرار مستقرة تهمة التفريغ رد فعل. (ديوساكار وآخرون، 2013)

صورة TEM ل SnO₂-الجرافين نانو المركب التي أعدتها طريقة سونوكيميائية. شريط يشير إلى (A) 10nm ، في (ب) في 5nm.
(دراسة وصور: ©ديوساكار وآخرون، 2013)

التشتت بالموجات فوق الصوتية من الجسيمات النانوية في الطين البطارية

تشتت مكونات الكهربة: واسر وآخرون (2011) أعدوا أقطاب كهربائية مع فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO)₄). يحتوي الطين على LiFePO4 كمادة نشطة ، أسود الكربون كمادة مضافة موصلة كهربائيا ، تم استخدام فلوريد البولي فينيلدين المذاب في N-methylpyrrolidinone (NMP) كموثق. وكانت نسبة الكتلة (بعد التجفيف) من AM / CB / PVDF في الأقطاب الكهربائية 83/8.5/8.5. لإعداد تعليق، تم خلط جميع المكونات القطب في NMP مع ستيرر بالموجات فوق الصوتية (UP200H، Hielscher الفوق صوتيات) لمدة دقيقتين عند 200 واط و 24 كيلوهرتز.
انخفاض الموصلية الكهربائية وبطء نشر ليثيوم أيون على طول قنوات أحادية البعد من LiFePO₄ يمكن التغلب عليها عن طريق تضمين LiFePO₄ في مصفوفة موصلة، مثل أسود الكربون. كما نانو الحجم الجسيمات وهياكل الجسيمات الأساسية قذيفة تحسين الموصلية الكهربائية، وتكنولوجيا التشتت بالموجات فوق الصوتية والتوليف سونوتشيميكال من جزيئات القشرة الأساسية تسمح لإنتاج المكونات النانوية متفوقة لتطبيقات البطارية.

تشتت فوسفات حديد الليثيوم: استخدم فريق البحث في هاغبرغ (هاغبرغ وآخرون، 2018) الموجات فوق الصوتية UP100H لإجراء القطب الإيجابي الهيكلية التي تتكون من فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) ألياف الكربون المغلفة. ألياف الكربون هي مستمرة، وسحب قائمة بذاتها بمثابة جامعي الحالية، وسوف توفر صلابة الميكانيكية والقوة. للحصول على الأداء الأمثل، يتم طلاء الألياف بشكل فردي، على سبيل المثال باستخدام الترسب الكهربائي.
تم اختبار نسب الوزن المختلفة من الخلائط التي تتكون من LFP و CB و PVDF. هذه الخلائط كانت مغلفة على ألياف الكربون. منذ التوزيع غير متجانسة في التراكيب حمام الطلاء قد تختلف عن تكوين في الطلاء نفسه، يتم استخدام التحريك الصارم بالموجات فوق الصوتية لتقليل الفرق.
وأشاروا إلى أن الجسيمات موزعة بشكل جيد نسبيا في جميع أنحاء الطلاء الذي يعزى إلى استخدام السطحي (تريتون X-100) وخطوة ultrasonication قبل ترسب كهربائي.

صور المقطع العرضي والتكبير العالي SEM من ألياف الكربون المغلفة EPD. تم تجانس مزيج من LFP، CB وPVDF بالموجات فوق الصوتية باستخدام الموجات فوق الصوتية UP100H. التكبير: أ) 0.8kx، ب) 0.8kx، ج) 1.5kx، د) 30kx.
(دراسة وصورة: ©هاغبرغ وآخرون، 2018)

تشتت ليني_00.5Mn_1.5ال₄ مادة الكاثود المركبة:
فيدال وآخرون (2013) التحقيق في تأثير خطوات المعالجة مثل سونيكيشن والضغط وتكوين المواد ل LiNi_00.5Mn_1.5ال₄كاثود مركب.
أقطاب كهربائية مركبة إيجابية وجود LiNi_00.5 Mn_1.5O4 سبينيل كمادة نشطة، مزيج من الجرافيت والكربون الأسود لزيادة الموصلية الكهربائية القطب وإما polyvinyldenefluoride (PVDF) أو مزيج من PVDF مع كمية صغيرة من تفلون® (1 wt٪) لبناء القطب. وقد تم معالجتها عن طريق صب الشريط على رقائق الألومنيوم كما جامع الحالية باستخدام تقنية شفرة الطبيب. بالإضافة إلى ذلك ، تم خلط المكون إما sonicated أم لا ، وتم ضغط الأقطاب الكهربائية المعالجة أو ليس تحت الضغط البارد اللاحق. تم اختبار تركيبتين:
ألف صياغة (دون تفلون®) : 78 واط ٪ LiNi_00.5 Mn_1.5O4; 7.5 wt٪ أسود الكربون؛ 2.5 wt٪ جرافيت; 12 wt٪ PVDF
ب صياغة (مع تفلون®): 78wt٪ LiNi0_00.5Mn_1.5O4; 7.5wt٪ أسود الكربون؛ 2.5 wt٪ جرافيت; 11 wt٪ PVDF; 1 واط٪ تفلون®
وفي كلتا الحالتين، كانت المكونات مختلطة ومتفرقة في N-ميثيل بيروليدينون (NMP). ليني_00.5 Mn_1.5O4 سبينيل (2G) جنبا إلى جنب مع المكونات الأخرى في النسب المئوية المذكورة التي أنشئت بالفعل تم تفريقها في 11 مل من NMP. في بعض الحالات الخاصة، كان الخليط سونيكاتيد لمدة 25 دقيقة ثم أثار في درجة حرارة الغرفة لمدة 48 ساعة. في بعض الآخرين، أثار الخليط فقط في درجة حرارة الغرفة لمدة 48 ساعة، أي دون أي سونيكيشن. يعزز علاج سونيكيشن تشتت متجانس لمكونات القطب الكهربائي ويبدو القطب LNMS الذي تم الحصول عليه أكثر اتساقا.
تم إعداد الأقطاب الكهربائية المركبة ذات الوزن العالي ، حتى 17 ملغ / سم2 ، ودرست كأقطاب كهربائية إيجابية لبطاريات أيونات الليثيوم. إضافة تفلون® وتطبيق العلاج سونيكيشن يؤدي إلى أقطاب موحدة التي يتم الالتزام بها بشكل جيد لرقائق الألومنيوم. ويسهم كلا البارامترين في تحسين القدرة المستنزفة بمعدلات عالية (5C). ضغط إضافي من التجمعات القطب / الألومنيوم يعزز بشكل ملحوظ قدرات معدل القطب. بمعدل 5C، تم العثور على احتفاظات قدرة ملحوظة بين 80٪ و 90٪ للأقطاب الكهربائية ذات الأوزان في النطاق 3-17mg/cm²، وجود تفلون® في صياغتها، أعدت بعد سونيكيشن من يمزج عنصرها وضغطت تحت 2 طن / سم².
وباختصار، أظهرت الأقطاب الكهربائية التي لديها تفلون® 1 wt٪ في صياغتها، ومزج مكوناتها تخضع لعلاج سونيكيشن، مضغوطة في 2 طن /cm2 ومع الأوزان في نطاق 2.7-17 ملغم / سم2 قدرة معدل ملحوظ. حتى في التيار العالي من 5C، كانت قدرة التفريغ تطبيع بين 80٪ و 90٪ لجميع هذه الأقطاب الكهربائية. (را. فيدال وآخرون، 2013)

مشتتات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لإنتاج البطارية

Hielscher Ultrasonics تصاميم وتصنيع وتوزيع عالية الطاقة، والمعدات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية، والذي يستخدم لمعالجة الكاثود، الأنود، ومواد المنحل بالكهرباء لاستخدامها في بطاريات أيونات الليثيوم (LIB)، بطاريات أيون الصوديوم (NIB)، وغيرها من خلايا البطارية. وتستخدم أنظمة الموجات فوق الصوتية Hielscher توليف الأجسام النانوية، وظيفية الجسيمات النانوية، وتفريق المواد النانوية في متجانسة، تعليق مستقر.
تقدم محفظة من المختبر إلى المعالجات بالموجات فوق الصوتية على نطاق صناعي كامل ، Hielscher هي الشركة الرائدة في السوق لمشتتات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء. العمل منذ أكثر من 30 عاما في مجال تخليق المواد النانوية والحد من حجم، Hielscher الفوق صوتيات لديه خبرة واسعة في معالجة الجسيمات النانوية بالموجات فوق الصوتية ويقدم المعالجات بالموجات فوق الصوتية أقوى وموثوق بها في السوق. توفر الهندسة الألمانية أحدث التقنيات والجودة القوية.
التكنولوجيا المتقدمة، عالية الأداء والبرمجيات المتطورة تحويل Hielscher ultrasonicators إلى الخيول عمل موثوق بها في عملية التصنيع القطب الخاص بك. يتم تصنيع جميع أنظمة الموجات فوق الصوتية في المقر الرئيسي في تيلتو، ألمانيا، واختبارها للجودة والمتانة ويتم توزيعها بعد ذلك من ألمانيا في جميع أنحاء العالم.
تم تصميم الأجهزة المتطورة والبرامج الذكية من الموجات فوق الصوتية Hielscher لضمان التشغيل الموثوق به ، والنتائج القابلة للاستنساخ وكذلك سهولة الاستخدام. و هيلشر ultrasonicators قوية ومتسقة في الأداء، والذي يسمح لتثبيتها في بيئات صعبة وتشغيلها في ظل ظروف الخدمة الشاقة. يمكن الوصول إلى الإعدادات التشغيلية بسهولة والاتصال بها عبر قائمة بديهية ، والتي يمكن الوصول إليها عبر شاشة اللمس الرقمية الملونة والتحكم عن بعد في المتصفح. لذلك، يتم تسجيل جميع شروط المعالجة مثل صافي الطاقة، والطاقة الإجمالية، والسعة، والوقت، والضغط ودرجة الحرارة تلقائيا على بطاقة SD مدمجة. هذا يسمح لك لمراجعة ومقارنة تشغيل سونيكيشن السابقة وتحسين التوليف، وظيفية، وتشتت المواد النانوية والمركبات إلى أعلى كفاءة.
وتستخدم أنظمة Hielscher Ultrasonics في جميع أنحاء العالم لتوليف سونوتشيميكال من المواد النانوية وثبت أن تكون موثوقة لتشتت الجسيمات النانوية في تعليق الغروانية مستقرة. Hielscher الموجات فوق الصوتية الصناعية يمكن تشغيل باستمرار السعة العالية وبنيت لعملية 24/7. يمكن بسهولة السعة تصل إلى 200μm يتم إنشاؤها باستمرار مع سونوتروديس القياسية (مسابير بالموجات فوق الصوتية / قرون). لسعات أعلى من ذلك، sonotrodes الموجات فوق الصوتية مخصصة متوفرة.
Hielscher المعالجات بالموجات فوق الصوتية لتركيب سونوتشيميكال، وظيفية، نانو هيكلة و deagglomeration مثبتة بالفعل في جميع أنحاء العالم على نطاق تجاري. اتصل بنا الآن لمناقشة خطوة العملية الخاصة بك التي تنطوي على المواد النانوية لتصنيع البطارية! سيكون موظفونا ذوي الخبرة الجيدة سعداء بمشاركة المزيد من المعلومات حول نتائج التشتت المتفوقة وأنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء والتسعير!
مع ميزة ultrasonication، سوف القطب المتقدمة وإنتاج المنحل بالكهرباء تتفوق في الكفاءة والبساطة وانخفاض التكلفة بالمقارنة مع غيرها من الشركات المصنعة للأقطاب الكهربائية!

الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا: