در تولید سلول های باتری با کارایی بالا، مواد نانوساختار و نانوکامپوزیت ها نقش مهمی در ارائه هدایت الکتریکی برتر، تراکم های ذخیره سازی بالاتر، ظرفیت بالا و قابلیت اطمینان دارند. برای رسیدن به قابلیت های کامل نانومواد، نانو ذرات باید به صورت انفرادی پراکنده یا لایه برداری شوند و ممکن است نیاز به مراحل پردازش بیشتری مانند عملکردی شدن داشته باشند. نانو پردازش مافوق صوت تکنیک برتر، اثر بخش و قابل اعتماد برای تولید نانومواد با کارایی بالا و نانوکامپوزیت برای تولید باتری پیشرفته است.

پراکنده مافوق صوت از مواد الکتروشیمیایی فعال در دوغاب الکترود

نانومواد به عنوان مواد الکترود نوآورانه مورد استفاده قرار می گیرند که منجر به افزایش قابل توجهی عملکرد باتری های قابل شارژ شد. غلبه بر آگلومراسیون، جماعت و جداسازی فاز برای آماده سازی دوغاب ها برای ساخت الکترود، به ویژه هنگامی که مواد به اندازه نانو درگیر هستند، بسیار مهم است. نانومواد سطح فعال الکترودهای باتری را افزایش می دهند که به آن ها اجازه می دهد تا در طول چرخه های شارژ انرژی بیشتری جذب کنند و ظرفیت ذخیره سازی انرژی کلی خود را افزایش دهند. برای به دست آوردن مزیت کامل نانومواد، این ذرات نانوساختار باید د درهم تنیدگی باشند و به صورت ذرات جداگانه در دوغاب الکترود توزیع می شوند. تکنولوژی پراکنده کننده مافوق صوت نیروهای متمرکز با برشی بالا (sonomechnical) و همچنین انرژی سونوشیمیایی را فراهم می کند که منجر به مخلوط شدن سطح اتمی و پیچیدگی مواد به اندازه نانو می شود.
نانو ذراتی مانند گرافن، نانولوله های کربنی (CNTs)، فلزات، و کانی های کمیاب زمین باید به طور یکنواخت به یک دوغاب پایدار پراکنده شوند تا مواد الکترود بسیار کاربردی به دست آید.
به عنوان مثال، گرافن و CNTs به خوبی شناخته شده به منظور افزایش عملکرد سلول باتری، اما agglomeration ذرات باید غلبه بر. یعنی یک تکنیک پراکنده سازی با کارایی بالا که قادر به پردازش نانومواد و احتمالاً ویسکوزیته های بالا است، کاملاً مورد نیاز است. مافوق صوت نوع کاوشگر روش پراکنده با عملکرد بالا، که می تواند نانو مواد حتی در بارهای جامد بالا قابل اعتماد و اثر بخش پردازش.

چرا فراصوت تکنیک برتر برای پردازش نانوماترال است؟

هنگامی که تکنیک های پراکنده و مخلوط کردن دیگر مانند میکسرهای براری بالا، آسیاب های مهره ای یا هموژنایزرهای با فشار بالا به حد خود می آیند، فراصوت روشی است که برای پردازش میکرون و نانو ذرات می ایستد.
سونوگرافی با قدرت بالا و حفره صوتی تولید شده ارائه شرایط انرژی منحصر به فرد و تراکم انرژی شدید است که اجازه می دهد تا به deagglomerate و یا لایه برداری نانو مواد، به عملکرد آنها، نانوساختارها سنتز در فرایندهای پایین به بالا، و برای آماده سازی نانوکامپوزیت با کارایی بالا.
از آنجا که Hielscher ultrasonicators اجازه می دهد کنترل دقیق مهم ترین پارامترهای پردازش مافوق صوت مانند شدت (Ws / میلی لیتر) ، دامنه (میکرومتر) ، درجه حرارت (ºC / ºF) و فشار (نوار) ، شرایط پردازش را می توان به صورت جداگانه به تنظیمات مطلوب برای هر ماده و فرایند کوک شده است. در نتیجه، پراکنده کننده های مافوق صوت بسیار همه کاره هستند و می توانند برای کاربردهای متعددی مانند، پراکنده سازی CNT، لایه برداری گرافن، سنتز سونوشیمیایی ذرات پوسته هسته یا عملکردی شدن نانوذرات سیلیکونی مورد استفاده قرار گیرند.

میکروگراف های SEM سونوشیمیایی Na0.44MnO2 را با کلسیناسیون در 900 درجه سانتی گراد به مدت 2 ساعت آماده کردند.
(مطالعه و تصویر: ©شینده و همکاران، ۱۳۹۸)

اطلاعات بیشتر در مورد اولتراسونیک صنعتی Hielscher برای پردازش نانومطری در ساخت باتری!

در زیر شما می توانید برنامه های مختلف مافوق صوت محور پردازش نانو مواد پیدا کنید:

سنتز مافوق صوت نانوکامپوزیت ها

سنتز مافوق صوت گرافن –SnO_H2S نانوکامپوزیت: تیم تحقیقاتی دئوساکار و همکاران (۲۰۱۳) یک مسیر به کمک مافوق صوت برای آماده سازی یک نانوکامپوزیت گرافن–SnO2 توسعه داد. آنها اثرات حفره ای تولید شده توسط سونوگرافی با قدرت بالا در طول سنتز کامپوزیت گرافن-SnO2 را بررسی کردند. برای فراصوت، آن ها از یک دستگاه اولتراسونیک هایلشر استفاده می کردند. نتایج نشان می دهد مافوق صوت بهبود ریز و بارگذاری یکنواخت از SnO_H2S بر روی نانو ورقه های گرافن با استفاده از واکنش اکسیداسیون-کاهش بین اکسید گرافن و SnCl_H2S· 2H_H2SO در مقایسه با روش های سنتز معمولی.

نمودار نشان دهنده فرایند تشکیل اکسید گرافن و SnO_H2S-نانوکامپوزیت گرافن.
(مطالعه و تصاویر: ©Deosakar et al., 2013)

اسنو_H2Sنانوکامپوزیت گرافن با موفقیت از طریق یک مسیر سنتز شیمیایی مبتنی بر محلول کمک سونوگرافی جدید و موثر آماده شده است و اکسید گرافن توسط SnCl کاهش یافت_H2S به ورق گرافن در حضور HCl. تجزیه و تحلیل TEM نشان می دهد بارگذاری یکنواخت و ریز SnO_H2S در نانو ورق های گرافن. اثرات حفره ای تولید شده با توجه به استفاده از تابش های مافوق صوت نشان داده شده است به تشدید ریز و یکنواخت بارگذاری SnO2 بر روی نانو ورقه های گرافن در طول اکسیداسیون کاهش واکنش بین اکسید گرافن و SnCl_H2S· 2H_H2SO. تشدید ریز و بارگذاری یکنواخت نانوذرات SnO2 (3–5 نانومتر) بر روی نانو ورقه های گرافن کاهش یافته است به هسته افزایش یافته و انتقال حل به دلیل اثر حفره ای ناشی از تابش مافوق صوت نسبت داده شده است. بارگذاری خوب و یکنواخت SnO_H2S نانوذرات روی نانوشیت های گرافن نیز از تجزیه و تحلیل TEM تأیید شدند. کاربرد SnO سنتز شده_H2Sنانوکامپوزیت گرافن به عنوان یک ماده آند در باتری های یون لیتیوم نشان داده شده است. ظرفیت SnO_H2S-گرافن نانوکامپوزیت مبتنی بر لی باتری برای حدود 120 چرخه پایدار است، و باتری می تواند واکنش بار پایدار تکرار تخلیه. (Deosakar et al., 2013)

تصویر TEM از SnO_H2S–گرافن نانو کامپوزیت تهیه شده توسط روش سونوشیمیایی. نوار نشان می دهد در (A) 10nm ، در (B) در 5nm.
(مطالعه و تصاویر: ©Deosakar et al., 2013)

پراکنده مافوق صوت نانوذرات را به دوغاب باتری

پراکنده شدن اجزای الکتود: وستر و همکاران (2011) الکترودهای آماده شده با فسفات آهن لیتیوم (LiFePO₄). دوغاب حاوی LiFePO4 به عنوان ماده فعال، کربن سیاه به عنوان یک افزودنی هادی الکتریکی، پلی وینیلیدئین فلوراید حل شده در N-متیلپیرولیدینون (NMP) به عنوان یک بایندر مورد استفاده قرار گرفت. نسبت جرم (پس از خشک شدن) AM/CB/PVDF در الکترودها 5/8/8/83 بود. برای آماده سازی سونسنس ها، تمام اجزای تشکیل دهنده الکترود در NMP با یک همزن مافوق صوت مخلوط شدند (UP200H, Hielscher Ultrasonics) به مدت 2 دقیقه در 200 وات و 24 کیلوهرتز.
هدایت الکتریکی پایین و انتشار آهسته لییون در طول کانال های یک بعدی LiFePO₄ می تواند با جاسازی LiFePO غلبه بر₄ در یک ماتریس هادی، مانند کربن سیاه. از آنجا که ذرات به اندازه نانو و ساختارهای ذرات هسته پوسته هدایت الکتریکی را بهبود می بخشند، فناوری پراکنده سازی مافوق صوت و سنتز سونوشیمیایی ذرات هسته پوسته اجازه تولید نانوکامپوزیت های برتر برای کاربردهای باتری را می دهد.

پراکنده شدن فسفات آهن لیتیوم: تیم تحقیقاتی هاگبرگ (هاگبرگ و همکاران، ۲۰۱۸) از مافوق صوت UP100H برای روش الکترود مثبت ساختاری متشکل از فسفات آهن لیتیوم (LFP) الیاف کربن پوشش داده شده است. فیبرهای کربنی پیوسته، حوله های خودآینده ای هستند که به عنوان جمع کننده های فعلی عمل می کنند و سفتی و قدرت مکانیکی را فراهم خواهند کرد. برای عملکرد بهینه، الیاف به صورت منفرد پوشش داده می شوند، به عنوان مانند با استفاده از رسوب الکتروفورتیک.
نسبت های وزنی مختلف مخلوط های متشکل از LFP، CB و PVDF مورد آزمایش قرار گرفت. این مخلوط ها بر روی الیاف کربن پوشش داده شده بودند. از آنجا که توزیع غیر همگن در ترکیب حمام پوشش ممکن است از ترکیب در پوشش خود متفاوت است، هم زدن سخت توسط فراصوت استفاده می شود برای به حداقل رساندن تفاوت.
آن ها اشاره کردند که ذرات نسبتاً به خوبی در سراسر پوشش پراکنده شده اند که به استفاده از سورفکتانت (تریتون ایکس-۱۰۰) و گام فراصوت قبل از رسوب الکتروفورتیک نسبت داده می شود.

سطح مقطع و بزرگنمایی بالا تصاویر SEM از الیاف کربن پوشش داده شده EPD. مخلوط LFP، CB و PVDF با استفاده از اولتراسونیک همگن شد مافوق صوت UP100H. بزرگنمایی ها: a) 0.8kx, b) 0.8kx, c) 1.5kx, d) 30kx.
(مطالعه و تصویر: ©هاگبرگ و همکاران، ۱۳۹۷)

پراکنده شدن LiNi_00.5منگنز_۱/۵اميد₄ مواد کاتد مرکب:
ویدال و همکارانش (۲۰۱۳) به بررسی تأثیر مراحل پردازشی مانند فراصوت، فشار و ترکیب مواد برای LiNi پرداختند_00.5منگنز_۱/۵اميد₄کاتدهای مرکب.
الکترودهای کامپوزیت مثبت داشتن LiNi_00.5 منگنز_۱/۵O4 اسپینل به عنوان مواد فعال، ترکیبی از گرافیت و کربن سیاه و سفید برای افزایش هدایت الکتریکی الکترود و یا پلی وینیل دنفلورید (PVDF) و یا ترکیبی از PVDF® با مقدار کمی از تفلون (1 wt٪) برای ساخت الکترود. آنها توسط ریخته گری نوار بر روی فویل آلومینیوم به عنوان جمع کننده فعلی با استفاده از تکنیک تیغه دکتر پردازش شده است. علاوه بر این، مخلوط جزء یا فراصوت یا نه، و الکترودهای فرآوری شده فشرده شدند و یا نه تحت فشار سرد پس از آن. دو فرمولاسیون آزمایش شده اند:
A-Formulation (بدون تفلون®): 78 wt٪ LiNi_00.5 منگنز_۱/۵O4; 7.5 wt٪ کربن سیاه و سفید; 2.5 wt٪ گرافیت; 12 wt٪ PVDF
B-فرمولاسیون (با تفلون®): 78wt٪ LiNi0_00.5منگنز_۱/۵O4; 7.5wt٪ کربن سیاه و سفید; 2.5 wt٪ گرافیت; 11 wt٪ PVDF; 1 wt٪ تفلون®
در هر دو مورد قطعات در N-متیلپیرولیدینون (NMP) مخلوط و پراکنده شدند. LiNi_00.5 منگنز_۱/۵O4 اسپینل (2g) همراه با اجزای دیگر در درصد های ذکر شده در حال حاضر راه اندازی شده در 11 میلی لیتر NMP پراکنده شد. در برخی موارد خاص مخلوط به مدت ۲۵ دقیقه فراصوت شد و سپس در دمای اتاق به مدت ۴۸ ساعت هم زده شد. در برخی دیگر این مخلوط فقط در دمای اتاق به مدت ۴۸ ساعت به هم زده می شد، به عبارتی بدون هیچ گونه فراصوت. درمان فراصوت ترویج پراکنده همگن از اجزای الکترود و LNMS الکترود به دست آمده به نظر می رسد یکنواخت تر.
الکترودهای کامپوزیتی با وزن بالا، تا 17 میلی گرم بر سانتی متر مربع، به عنوان الکترود مثبت برای باتری های لیتیوم یون تهیه و مورد مطالعه قرار گرفت. اضافه شدن تفلون® و کاربرد درمان فراصوت منجر به الکترودهای یکنواختی می شود که به خوبی به فویل آلومینیومی چسبنده اند. هر دو پارامتر به بهبود ظرفیت تخلیه شده در نرخ های بالا (5C) کمک می کنند. فشرده اضافی از مونتاژ الکترود / آلومینیوم به طور قابل ملاحظه ای افزایش قابلیت های نرخ الکترود. در نرخ 5C، رستگاری ظرفیت قابل توجه بین 80٪ تا 90٪ برای الکترودهای با وزن در محدوده 3-17mg/cm یافت می شود^H2S, داشتن تفلون® در فرمولاسیون خود را, آماده شده پس از فراصوت از ترکیب جزء خود را و فشرده زیر 2 تن در سانتی متر^H2S.
به طور خلاصه، الکترودهای با داشتن تفلون 1 wt٪® در فرمولاسیون خود، ترکیب جزء خود را در معرض درمان فراصوت، فشرده در 2 تن در سانتی متر مربع و با وزن در محدوده 2.7-17 میلی گرم در سانتی متر مربع نشان داد قابلیت نرخ قابل توجهی است. حتی در جریان بالای 5C، ظرفیت تخلیه عادی شده بین 80 تا 90 درصد برای تمام این الکترودها بود. (cf. Vidal et al., 2013)

با کارایی بالا پراکنده مافوق صوت برای تولید باتری

Hielscher Ultrasonics طراحی، تولید و توزیع تجهیزات مافوق صوت با قدرت بالا، با کارایی بالا، که برای پردازش مواد کاتد، آند، و الکترولیت برای استفاده در باتری های لیتیوم یون (LIB)، باتری های سدیم یون (NIB)، و دیگر سلول های باتری استفاده می شود. سیستم های اولتراسونیک Hielscher استفاده می شود سنتز نانوکامپوزیت, عملکرد نانوذرات, و پراکنده نانو مواد را به تعلیق همگن, پایدار.
ارائه نمونه کارها از آزمایشگاه به پردازنده های مافوق صوت در مقیاس کاملا صنعتی، Hielscher رهبر بازار برای پراکنده سونوگرافی با عملکرد بالا است. کار از بیش از 30 سال در زمینه سنتز نانومواد و کاهش اندازه، Hielscher Ultrasonics تجربه گسترده ای در پردازش نانوذرات مافوق صوت ارائه می دهد و قدرتمندترین و قابل اعتماد ترین پردازنده های مافوق صوت در بازار است. مهندسی آلمان تکنولوژی دولتی و کیفیت قوی را فراهم می کند.
فن آوری پیشرفته، با کارایی بالا و نرم افزار پیچیده تبدیل Hielscher ultrasonicators به اسب کار قابل اعتماد در فرایند تولید الکترود خود را. تمام سیستم های مافوق صوت در مقر در تلتوو آلمان ساخته می شوند، برای کیفیت و استحکام آزمایش می شوند و سپس از آلمان در سراسر جهان توزیع می شوند.
سخت افزار پیچیده و نرم افزار هوشمند از ultrasonicators Hielscher طراحی شده اند برای تضمین عملیات قابل اعتماد, نتایج قابل تکثیر و همچنین کاربر دوستی. مافوق صوت Hielscher قوی و سازگار در عملکرد, که اجازه می دهد تا آنها را به محیط های خواستار نصب و آنها را تحت شرایط وظیفه سنگین عمل. تنظیمات عملیاتی را می توان به راحتی از طریق منوی شهودی دسترسی و شماره گیری کرد، که می تواند از طریق صفحه نمایش لمسی رنگ دیجیتال و کنترل از راه دور مرورگر قابل دسترسی باشد. بنابراین تمام شرایط پردازش مانند انرژی خالص، انرژی کل، دامنه، زمان، فشار و دما به طور خودکار بر روی یک کارت SD داخلی ثبت می شوند. این اجازه می دهد تا شما را به تجدید نظر و مقایسه اجرا می شود فراصوت قبلی و برای بهینه سازی سنتز، عملکرد، و پراکنده شدن نانومواد و کامپوزیت ها به بالاترین بهره وری.
سیستم های اولتراسونیک Hielscher در سراسر جهان برای سنتز سونوشیمیایی نانومواد استفاده می شود و ثابت شده است که قابل اعتماد برای پراکنده شدن نانوذرات به تعلیق کلوئیدی پایدار است. Hielscher صنعتی ultrasonicators می تواند به طور مداوم اجرا دامنه بالا و برای 24/7 عمل ساخته شده است. دامنه تا 200μm را می توان به راحتی به طور مداوم با sonotrodes استاندارد تولید (پروب مافوق صوت / شاخ). حتی برای دامنه های بالاتر، sonotrodes مافوق صوت سفارشی در دسترس هستند.
پردازنده های اولتراسونیک Hielscher برای سنتز سونوشیمیایی، عملکرد، نانو ساختار و deagglomeration در حال حاضر در سراسر جهان در مقیاس تجاری نصب شده است. تماس با ما در حال حاضر به بحث در مورد مرحله فرایند خود را شامل نانو مواد برای ساخت باتری! کارکنان با تجربه ما خوشحال خواهد شد برای به اشتراک گذاشتن اطلاعات بیشتر در مورد نتایج پراکنده برتر، سیستم های مافوق صوت با عملکرد بالا و قیمت گذاری!
با استفاده از امواج فراصوت، الکترود پیشرفته و تولید الکترولیت خود را در بهره وری، سادگی و هزینه کم برتری زمانی که در مقایسه با دیگر تولید کنندگان الکترود!

جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما: