Batareya istehsalı üçün elektrod materiallarının sonokimyəvi sintezi

Yüksək performanslı akkumulyator hüceyrələrinin istehsalında nanostrukturlu materiallar və nanokompozitlər üstün elektrik keçiriciliyi, daha yüksək saxlama sıxlığı, yüksək tutum və etibarlılıq təmin edən mühüm rol oynayır. Nanomateryalların tam funksionallığına nail olmaq üçün nanohissəciklər ayrı-ayrılıqda dağılmalı və ya aşınmalıdır və funksionallaşdırma kimi əlavə emal addımlarına ehtiyac ola bilər. Ultrasəs nano-emal qabaqcıl batareya istehsalı üçün yüksək performanslı nanomateriallar və nanokompozitlər istehsal etmək üçün üstün, effektiv və etibarlı texnikadır.

Elektrod şlamlarında elektrokimyəvi aktiv materialların ultrasəs dispersiyası

Nanomateriallar innovativ elektrod materialları kimi istifadə olunur ki, bu da təkrar doldurulan batareyaların performansını əhəmiyyətli dərəcədə artırıb. Aqlomerasiyanın, aqreqasiyanın və fazaların ayrılmasının aradan qaldırılması elektrod istehsalı üçün məhlulların hazırlanması üçün, xüsusən də nanoölçülü materiallar cəlb edildikdə çox vacibdir. Nanomateriallar akkumulyator elektrodlarının aktiv səth sahəsini artırır ki, bu da onların doldurulma dövrləri zamanı daha çox enerji udmağa və ümumi enerji saxlama qabiliyyətini artırmağa imkan verir. Nanomateryalların tam üstünlüyünü əldə etmək üçün bu nano-strukturlu hissəciklər bir-birinə qarışmamalı və elektrod məhlulunda ayrıca hissəciklər kimi yayılmalıdır. Ultrasəs dispersiya texnologiyası nanoölçülü materialların atom səviyyəsində qarışmasına və mürəkkəbləşməsinə səbəb olan sonokimyəvi enerji ilə yanaşı, diqqəti yüksək kəsmə (sonomexnical) qüvvələri təmin edir.
Qrafen, karbon nanoborucuqları (CNT), metallar və nadir torpaq mineralları kimi nanohissəciklər yüksək funksional elektrod materialları əldə etmək üçün sabit bir məhlulda bərabər şəkildə dağılmalıdır.
Məsələn, qrafen və CNT-lər batareya hüceyrəsinin performansını yaxşılaşdırmaq üçün yaxşı bilinir, lakin hissəciklərin yığılması aradan qaldırılmalıdır. Bu o deməkdir ki, nanomaterialları və ola bilsin ki, yüksək özlülükləri emal edə bilən yüksək performanslı dispersiya texnikası mütləq tələb olunur. Zond tipli ultrasəs aparatları yüksək performanslı dispersiya üsuludur, hətta yüksək bərk yüklərdə belə nanomaterialları etibarlı və effektiv şəkildə emal edə bilir.

Niyə Sonication Nanomaterial Emalı üçün Üstün Texnikadır?

Yüksək kəsici mikserlər, muncuq dəyirmanları və ya yüksək təzyiqli homogenizatorlar kimi digər dispersiya və qarışdırma üsulları öz hüdudlarına çatdıqda, ultrasəs mikron və nano hissəciklərin emalı üçün seçilən üsuldur.
Yüksək güclü ultrasəs və ultrasəslə yaradılan akustik kavitasiya nanomaterialları deaglomerasiya etməyə və ya aşındırmağa, onları funksionallaşdırmağa, aşağıdan yuxarıya doğru proseslərdə nanostrukturları sintez etməyə və yüksək performanslı nanokompozitlər hazırlamağa imkan verən unikal enerji şəraiti və həddindən artıq enerji sıxlığı təmin edir.
Hielscher ultrasəs cihazları intensivlik (Ws/mL), amplituda (µm), temperatur (ºC/ºF) və təzyiq (bar) kimi ən vacib ultrasəs emal parametrlərinə dəqiq nəzarət etməyə imkan verdiyindən, emal şərtləri fərdi olaraq optimal parametrlərə uyğunlaşdırıla bilər. hər bir material və proses. Beləliklə, ultrasəs dispersatorları çox yönlüdür və çoxsaylı tətbiqlər üçün istifadə edilə bilər, məsələn, CNT dispersiyası, qrafen aşındırma, əsas qabıq hissəciklərinin sonokimyəvi sintezi və ya silikon nanohissəciklərin funksionallaşdırılması.

2 saat ərzində 900 ° C-də kalsinasiya yolu ilə sonokimyəvi şəkildə hazırlanmış Na0.44MnO2-nin SEM mikroqrafları.
(Tədqiqat və şəkil: ©Shinde et al., 2019)

Batareya istehsalında nanomaterialların emalı üçün Hielscher sənaye ultrasəs cihazı haqqında daha çox məlumat əldə edin!

Aşağıda nanomaterial emalının ultrasəslə idarə olunan müxtəlif tətbiqlərini tapa bilərsiniz:

Nanokompozitlərin ultrasəs sintezi

Qrafen-SnO-nun ultrasəs sintezi₂ nanokompozit: Deosakar və başqalarının tədqiqat qrupu. (2013) qrafen-SnO2 nanokompozitini hazırlamaq üçün ultrasəs yardımlı marşrut hazırladı. Onlar qrafen-SnO2 kompozitinin sintezi zamanı yüksək güclü ultrasəsin yaratdığı kavitasiya effektlərini araşdırıblar. Sonikasiya üçün Hielscher Ultrasonics cihazından istifadə etdilər. Nəticələr SnO-nun ultrasəs ilə təkmilləşdirilmiş incə və vahid yüklənməsini nümayiş etdirir₂ qrafen oksidi və SnCl arasında oksidləşmə-reduksiya reaksiyası ilə qrafen nano vərəqlərində₂·2H₂O ənənəvi sintez üsulları ilə müqayisədə.

Qrafen oksidinin və SnO-nun əmələ gəlməsi prosesini göstərən diaqram₂-qrafen nanokompozit.
(Tədqiqat və şəkillər: ©Deosakar et al., 2013)

SnO₂-qrafen nanokompoziti yeni və effektiv ultrasəs köməyi ilə məhlul əsaslı kimyəvi sintez marşrutu ilə uğurla hazırlanmışdır və qrafen oksidi SnCl tərəfindən azaldılmışdır.₂ HCl varlığında qrafen təbəqələrinə. TEM analizi SnO-nun vahid və incə yüklənməsini göstərir₂ qrafen nano vərəqlərində. Ultrasəs şüalarının istifadəsi nəticəsində yaranan kavitasiya effektlərinin qrafen oksidi və SnCl arasında oksidləşmə-reduksiya reaksiyası zamanı qrafen nano vərəqlərinə SnO2-nin incə və vahid yüklənməsini gücləndirdiyi göstərilmişdir.₂·2H₂O. SnO2 nanohissəciklərinin (3-5 nm) azaldılmış qrafen nano vərəqlərində intensivləşmiş incə və vahid yüklənməsi ultrasəs şüalanmasının yaratdığı kavitasiya effektinə görə gücləndirilmiş nüvələşmə və məhlulun ötürülməsi ilə əlaqələndirilir. SnO-nun incə və vahid yüklənməsi₂ qrafen nano vərəqlərindəki nanohissəciklər də TEM analizindən təsdiqlənib. Sintezləşdirilmiş SnO-nun tətbiqi₂-litium-ion batareyalarda anod materialı kimi qrafen nanokompozit nümayiş etdirilir. SnO tutumu₂-qrafen nanokompozit əsaslı Li-batareya təxminən 120 dövrə üçün sabitdir və batareya sabit şarj-boşaltma reaksiyasını təkrarlaya bilər. (Deosakar və başqaları, 2013)

SnO-nun TEM şəkli₂-sonokimyəvi üsulla hazırlanmış qrafen nanokompozit. Bar (A) 10nm-də, (B)-də 5nm-də göstərir.
(Tədqiqat və şəkillər: ©Deosakar et al., 2013)

Nanohissəciklərin Batareya Şlamlarına Ultrasonik Dispersiyası

Elektrod komponentlərinin dispersiyası: Waser və başqaları. (2011) litium dəmir fosfat (LiFePO₄). Şlamın tərkibində aktiv material kimi LiFePO4, elektrik keçirici əlavə kimi karbon qara, bağlayıcı kimi N-metilpirolidinonda (NMP) həll edilmiş poliviniliden ftorid istifadə edilmişdir. Elektrodlarda AM/CB/PVDF-nin kütlə nisbəti (quruduqdan sonra) 83/8,5/8,5 olmuşdur. Süspansiyonları hazırlamaq üçün bütün elektrod komponentləri ultrasəs qarışdırıcı ilə NMP-də qarışdırıldı (UP200H, Hielscher Ultrasonics) 200 Vt və 24 kHz-də 2 dəqiqə.
LiFePO-nun birölçülü kanalları boyunca aşağı elektrik keçiriciliyi və yavaş Li-ion diffuziyası₄ LiFePO-nu yerləşdirməklə aradan qaldırıla bilər₄ keçirici matrisdə, məsələn, karbon qara. Nano ölçülü hissəciklər və nüvə qabığı hissəcik strukturları elektrik keçiriciliyini yaxşılaşdırdıqca, ultrasəs dispersiya texnologiyası və nüvə qabığı hissəciklərinin sonokimyəvi sintezi batareya tətbiqləri üçün üstün nanokompozitlər istehsal etməyə imkan verir.

Litium dəmir fosfatın dispersiyası: Hagberg-in tədqiqat qrupu (Hagberg et al., 2018) istifadə etdi ultrasəs cihazı UP100H litium dəmir fosfat (LFP) ilə örtülmüş karbon liflərindən ibarət struktur müsbət elektrod proseduru üçün. Karbon lifləri cərəyan kollektorları kimi fəaliyyət göstərən davamlı, öz-özünə dayanan yedəklərdir və mexaniki sərtlik və möhkəmlik təmin edəcəkdir. Optimal performans üçün liflər ayrı-ayrılıqda örtülür, məsələn, elektroforetik çöküntüdən istifadə etməklə.
LFP, CB və PVDF-dən ibarət qarışıqların müxtəlif çəki nisbətləri sınaqdan keçirilmişdir. Bu qarışıqlar karbon lifləri üzərinə örtülmüşdür. Kaplama vannası kompozisiyalarında qeyri-bərabər paylanma örtüyün özündə olan tərkibdən fərqli ola biləcəyi üçün fərqi minimuma endirmək üçün ultrasəslə ciddi qarışdırma istifadə olunur.
Onlar qeyd etdilər ki, hissəciklər səthi aktiv maddənin (Triton X-100) istifadəsi və elektroforetik çöküntüdən əvvəl ultrasəsləmə mərhələsinə aid edilən örtük boyunca nisbətən yaxşı dağılır.

EPD ilə örtülmüş karbon liflərinin en kəsiyi və yüksək böyüdücü SEM şəkilləri. LFP, CB və PVDF qarışığı ultrasəs istifadə edərək homojenləşdirildi ultrasəs cihazı UP100H. Böyütmələr: a) 0,8 kx, b) 0,8 kx, c) 1,5 kx, d) 30 kx.
(Tədqiqat və şəkil: ©Hagberg et al., 2018)

LiNi-nin dağılması_0.5Mn_1.5O₄ kompozit katod materialı:
Vidal və başqaları. (2013) LiNi üçün sonikasiya, təzyiq və material tərkibi kimi emal mərhələlərinin təsirini araşdırdı._0.5Mn_1.5O₄kompozit katodlar.
LiNi olan müsbət kompozit elektrodlar_0.5 Mn_1.5Aktiv material kimi O4 şpinel, elektrodun elektrik keçiriciliyini artırmaq üçün qrafit və karbon qara qarışığı və ya polivinildeneflorid (PVDF) və ya elektrodu qurmaq üçün az miqdarda Teflon® (1 ağırlıq%) ilə PVDF qarışığı. Onlar doktor bıçağı texnikasından istifadə edərək cari kollektor kimi alüminium folqa üzərinə lent tökməklə işlənmişdir. Bundan əlavə, komponent qarışıqları ya sonikləşdirilib, ya da edilməyib və emal edilmiş elektrodlar sıxlaşdırılıb və ya sonrakı soyuq presləmə altında deyil. İki formula test edilmişdir:
A-Formulyasiyası (Teflon® olmadan): 78 wt% LiNi_0.5 Mn_1.5O4; 7,5 ağırlıq % Karbon qara; 2,5 ağırlıq % Qrafit; 12 ağırlıq% PVDF
B-Formulyasiyası (Teflon® ilə): 78wt% LiNi0_0.5Mn_1.5O4; Ağırlıq 7,5% Karbon qara; 2,5 ağırlıq % Qrafit; 11 ağırlıq% PVDF; 1 ağırlıq% Teflon®
Hər iki halda, komponentlər qarışdırılmış və N-metilpirolidinonda (NMP) yayılmışdır. LiNi_0.5 Mn_1.5O4 şpinel (2 q) qeyd olunan faizlərdəki digər komponentlərlə birlikdə 11 ml NMP-də səpələnmişdir. Bəzi xüsusi hallarda, qarışıq 25 dəqiqə sonikləşdirildi və sonra otaq temperaturunda 48 saat qarışdırıldı. Bəzi başqalarında, qarışıq sadəcə otaq temperaturunda 48 saat, yəni heç bir sonication olmadan qarışdırıldı. Sonikasiya müalicəsi elektrod komponentlərinin homojen dispersiyasına kömək edir və əldə edilən LNMS-elektrod daha vahid görünür.
17mq/sm2-ə qədər yüksək çəkiyə malik kompozit elektrodlar hazırlanmış və litium-ion batareyaları üçün müsbət elektrodlar kimi tədqiq edilmişdir. Teflon® əlavəsi və sonikasiya müalicəsinin tətbiqi alüminium folqaya yaxşı yapışan vahid elektrodlara gətirib çıxarır. Hər iki parametr yüksək sürətlə (5C) boşaldılmış gücü yaxşılaşdırmağa kömək edir. Elektrod/alüminium birləşmələrinin əlavə sıxılması elektrod sürətinin imkanlarını nəzərəçarpacaq dərəcədə artırır. 5C dərəcəsində çəkisi 3-17 mq/sm diapazonda olan elektrodlar üçün 80% ilə 90% arasında diqqətəlayiq tutumluluq müşahidə edilir.²Tərkibində Teflon® olan, komponent qarışıqlarının sonikasiyasından sonra hazırlanmış və 2 ton/sm-dən az sıxılmış².
Xülasə olaraq, tərkibində 1 wt% Teflon® olan elektrodlar, onların komponent qarışıqları sonication müalicəsinə məruz qalmış, 2 ton/sm2 sıxılmış və çəkisi 2,7-17 mq/sm2 diapazonda olan elektrodlar əla sürət qabiliyyəti göstərmişdir. 5C yüksək cərəyanda belə, bütün bu elektrodlar üçün normallaşdırılmış boşalma qabiliyyəti 80% ilə 90% arasında idi. (müq. Vidal və başqaları, 2013)

Batareya istehsalı üçün yüksək performanslı ultrasəs disperserləri

Hielscher Ultrasonics, litium-ion batareyalarında (LIB), natrium-ion batareyalarında (NIB) və digərlərində istifadə üçün katod, anod və elektrolit materiallarını emal etmək üçün istifadə olunan yüksək güclü, yüksək performanslı ultrasəs avadanlıqlarını dizayn edir, istehsal edir və paylayır. batareya hüceyrələri. Hielscher ultrasəs sistemləri nanokompozitləri sintez etmək, nanohissəcikləri funksionallaşdırmaq və nanomaterialları homojen, sabit süspansiyonlara yaymaq üçün istifadə olunur.
Laboratoriyadan tam sənaye miqyaslı ultrasəs prosessorlarına qədər portfel təklif edən Hielscher yüksək performanslı ultrasəs dispersatorları üçün bazar lideridir. Nanomateryal sintezi və ölçüsün azaldılması sahəsində 30 ildən artıq müddətdə işləyən Hielscher Ultrasonics ultrasəs nanohissəciklərin emalı sahəsində geniş təcrübəyə malikdir və bazarda ən güclü və etibarlı ultrasəs prosessorlarını təklif edir. Alman mühəndisliyi ən müasir texnologiya və möhkəm keyfiyyət təmin edir.
Qabaqcıl texnologiya, yüksək performanslı və mürəkkəb proqram təminatı Hielscher ultrasəs aparatlarını elektrod istehsal prosesinizdə etibarlı iş atlarına çevirir. Bütün ultrasəs sistemləri Almaniyanın Teltow şəhərindəki qərargahda istehsal olunur, keyfiyyət və möhkəmlik üçün sınaqdan keçirilir və sonra Almaniyadan bütün dünyaya paylanır.
Hielscher ultrasəs aparatlarının mürəkkəb aparatları və ağıllı proqram təminatı etibarlı əməliyyat, təkrarlanan nəticələr və istifadəçi dostu olmasını təmin etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Hielscher ultrasəs aparatları möhkəm və ardıcıl performansa malikdir, bu da onları tələbkar mühitlərə quraşdırmağa və ağır iş şəraitində işləməyə imkan verir. Rəqəmsal rəngli toxunma displey və brauzerin uzaqdan idarə edilməsi vasitəsilə əldə edilə bilən intuitiv menyu vasitəsilə əməliyyat parametrlərinə asanlıqla daxil olmaq və onları yığmaq olar. Buna görə də, xalis enerji, ümumi enerji, amplituda, vaxt, təzyiq və temperatur kimi bütün emal şərtləri avtomatik olaraq quraşdırılmış SD kartda qeyd olunur. Bu, əvvəlki sonikasiya işlərini yenidən nəzərdən keçirməyə və müqayisə etməyə və nanomaterialların və kompozitlərin sintezini, funksionallaşdırılmasını və dispersiyasını ən yüksək effektivliyə optimallaşdırmağa imkan verir.
Hielscher Ultrasonics sistemləri nanomaterialların sonokimyəvi sintezi üçün bütün dünyada istifadə olunur və nanohissəciklərin sabit kolloid süspansiyonlara yayılması üçün etibarlı olduğu sübut edilmişdir. Hielscher sənaye ultrasonikatorları davamlı olaraq yüksək amplituda işləyə bilər və 24/7 əməliyyat üçün tikilir. 200µm-ə qədər olan amplitüdlər standart sonotrodlarla (ultrasəs zondları / buynuzları) asanlıqla davamlı olaraq yaradıla bilər. Daha yüksək amplitüdlər üçün xüsusi ultrasəs sonotrodları mövcuddur.
Sonokimyəvi sintez, funksionallaşdırma, nano-strukturlaşdırma və deaqlomerasiya üçün Hielscher ultrasəs prosessorları artıq kommersiya miqyasında bütün dünyada quraşdırılmışdır. Batareya istehsalı üçün nanomaterialları əhatə edən proses addımınızı müzakirə etmək üçün indi bizimlə əlaqə saxlayın! Təcrübəli heyətimiz üstün dispersiya nəticələri, yüksək performanslı ultrasəs sistemləri və qiymətlər haqqında daha çox məlumatı bölüşməkdən məmnun olacaqlar!
Ultrasonikasiyanın üstünlüyü ilə sizin təkmil elektrod və elektrolit istehsalınız digər elektrod istehsalçıları ilə müqayisədə səmərəlilik, sadəlik və aşağı qiymət baxımından üstün olacaq!

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir: