سنتز سونوشیمیایی مواد الکترود برای تولید باتری

در تولید سلول های باتری با کارایی بالا، مواد نانوساختار و نانوکامپوزیت ها نقش مهمی در ارائه رسانایی الکتریکی برتر، چگالی ذخیره سازی بالاتر، ظرفیت و قابلیت اطمینان بالا ایفا می کنند. برای دستیابی به عملکردهای کامل نانومواد، نانوذرات باید به صورت جداگانه پراکنده یا لایه برداری شوند و ممکن است نیاز به مراحل پردازش بیشتری مانند عملکردسازی داشته باشند. پردازش نانو اولتراسونیک برتر، روش موثر و قابل اعتماد برای تولید نانومواد و نانوکامپوزیت های با کارایی بالا برای تولید باتری پیشرفته است.

پراکندگی التراسونیک مواد الکتروشیمیایی فعال در دوغاب الکترود

نانومواد به عنوان مواد الکترودی نوآورانه مورد استفاده قرار می گیرند که منجر به افزایش قابل توجه عملکرد باتری های قابل شارژ می شود. غلبه بر تجمع ، تجمع و جداسازی فاز برای تهیه دوغاب برای ساخت الکترود بسیار مهم است ، به ویژه هنگامی که مواد با اندازه نانو درگیر هستند. نانومواد سطح فعال الکترودهای باتری را افزایش می دهند که به آنها اجازه می دهد انرژی بیشتری را در طول چرخه های شارژ جذب کرده و ظرفیت ذخیره انرژی کلی خود را افزایش دهند. برای به دست آوردن مزیت کامل نانومواد، این ذرات نانوساختار باید درهم تنیدگی گرفته شده و به صورت ذرات جداگانه در دوغاب الکترود توزیع شوند. فن آوری پراکندگی اولتراسونیک فراهم می کند متمرکز با برشی بالا (sonomechnical) نیروهای و همچنین انرژی سونوشیمیایی، که منجر به مخلوط کردن سطح اتمی و پیچیدگی از مواد نانو اندازه.
نانوذرات مانند گرافن، نانولوله های کربنی (CNT)، فلزات و مواد معدنی خاکی کمیاب باید به طور یکنواخت در یک دوغاب پایدار پراکنده شوند تا مواد الکترودی بسیار کاربردی به دست آورند.
به عنوان مثال، گرافن و CNT ها به خوبی شناخته شده اند که عملکرد سلول باتری را افزایش می دهند، اما باید بر تجمع ذرات غلبه کرد. این بدان معناست که یک تکنیک پراکندگی با کارایی بالا، قادر به پردازش نانومواد و احتمالا ویسکوزیته بالا، کاملا مورد نیاز است. مافوق صوت نوع پروب روش پراکنده با کارایی بالا است که می تواند نانومواد حتی در بارهای جامد بالا به طور قابل اعتماد و موثر پردازش شود.

چرا فراصوت تکنیک برتر برای پردازش نانومواد است؟

هنگامی که سایر تکنیک های پراکندگی و اختلاط مانند میکسرهای برشی بالا، آسیاب های مهره یا هموژنایزرهای فشار بالا به محدودیت های خود می آیند، امواج فراصوت روشی است که برای پردازش میکرون و نانوذرات برجسته است.
سونوگرافی با قدرت بالا و حفره صوتی تولید شده توسط اولتراسونیک ارائه شرایط انرژی منحصر به فرد و چگالی انرژی شدید است که اجازه می دهد تا به deagglomerate و یا لایه برداری نانومواد, به آنها functionalize, سنتز نانوساختارها در فرآیندهای پایین به بالا, و برای آماده سازی نانوکامپوزیت با کارایی بالا.
از آنجا که مافوق صوت Hielscher اجازه می دهد تا کنترل دقیق از مهم ترین پارامترهای پردازش مافوق صوت مانند شدت (Ws / میلی لیتر)، دامنه (μm)، دما (ºC / ºF) و فشار (نوار)، شرایط پردازش را می توان به صورت جداگانه به تنظیمات بهینه برای هر ماده و فرایند تنظیم. در نتیجه، پراکنده کننده های مافوق صوت بسیار متنوع هستند و می توانند برای کاربردهای متعددی مانند پراکندگی CNT، لایه برداری گرافن، سنتز سونوشیمیایی ذرات پوسته هسته ای یا عامل سازی نانوذرات سیلیکون استفاده شوند.

میکروگراف های SEM از Sonochemical Na0.44MnO2 تهیه شده توسط کلسینه در دمای 900 درجه سانتی گراد به مدت 2 ساعت.
(مطالعه و تصویر: ©شینده و همکاران، 2019)

اطلاعات بیشتر در مورد مافوق صوت صنعتی Hielscher برای پردازش نانومواد در تولید باتری!

در زیر شما می توانید برنامه های کاربردی مختلف مافوق صوت رانده شده از پردازش نانومواد را پیدا کنید:

سنتز التراسونیک نانوکامپوزیت ها

سنتز التراسونیک گرافن-SnO_H2S نانوکامپوزیت: تیم تحقیقاتی Deosakar و همکاران (2013) یک مسیر به کمک اولتراسونیک برای تهیه نانوکامپوزیت گرافن-SnO2 ایجاد کردند. آنها اثرات حفره ای تولید شده توسط سونوگرافی با قدرت بالا در طول سنتز کامپوزیت گرافن-SnO2 را بررسی کردند. برای فراصوت ، آنها از دستگاه مافوق صوت Hielscher استفاده می کنند. نتایج نشان می دهد که یک بارگذاری خوب و یکنواخت از SnO بهبود یافته از طریق التراسونیک بهبود یافته است_H2S روی نانوصفحات گرافن با واکنش اکسیداسیون-احیا بین گرافن اکسید و SnCl_H2S·2 ساعت_H2SO در مقایسه با روش های سنتز متداول.

نموداری که روند تشکیل گرافن اکسید و SnO را نشان می دهد_H2S–نانوکامپوزیت گرافن.
(مطالعه و تصاویر: ©Deosakar و همکاران، 2013)

SnO_H2Sنانوکامپوزیت گرافن با موفقیت از طریق یک مسیر سنتز شیمیایی مبتنی بر محلول به کمک اولتراسوند جدید و موثر تهیه شده و گرافن اکسید توسط SnCl کاهش یافته است._H2S به ورق های گرافن در حضور HCl. تجزیه و تحلیل TEM بارگذاری یکنواخت و ریز SnO را نشان می دهد_H2S در نانوصفحات گرافن. نشان داده شده است که اثرات حفره ای ایجاد شده در اثر استفاده از پرتوهای فراصوت باعث تشدید بارگذاری ریز و یکنواخت SnO2 بر روی نانوصفحات گرافن در طی واکنش اکسیداسیون-احیا بین اکسید گرافن و SnCl می شود_H2S·2 ساعت_H2SO. بارگذاری ریز و یکنواخت تشدید نانوذرات SnO2 (3-5 نانومتر) بر روی نانوصفحات گرافن احیا شده به افزایش هسته زایی و انتقال املاح به دلیل اثر حفره ای ناشی از تابش های فراصوت نسبت داده می شود. بارگذاری خوب و یکنواخت SnO_H2S نانوذرات روی نانوصفحات گرافن نیز از آنالیز TEM تأیید شد. کاربرد SnO سنتز شده_H2S- نانوکامپوزیت گرافن به عنوان یک ماده آند در باتری های لیتیوم یونی نشان داده شده است. ظرفیت SnO_H2S-باتری لیتیوم مبتنی بر نانوکامپوزیت گرافن برای حدود 120 چرخه پایدار است و باتری می تواند واکنش شارژ-دشارژ پایدار را تکرار کند. (Deosakar و همکاران، 2013)

تصویر TEM از SnO_H2S- نانوکامپوزیت گرافن تهیه شده به روش سونوشیمیایی. نوار در (A) 10 نانومتر ، در (B) در 5 نانومتر نشان می دهد.
(مطالعه و تصاویر: ©Deosakar و همکاران، 2013)

پراکندگی التراسونیک نانوذرات به دوغاب باتری

پراکندگی اجزای الکترود: Waser و همکاران (2011) الکترودهایی را با فسفات آهن لیتیوم (LiFePO) تهیه کردند₄). دوغاب حاوی LiFePO4 به عنوان ماده موثره، کربن سیاه به عنوان افزودنی رسانای الکتریکی، پلی وینیلیدین فلوراید محلول در N-متیل پیرولیدینون (NMP) به عنوان چسب استفاده شد. نسبت جرمی (پس از خشک شدن) AM/CB/PVDF در الکترودها 5/8/8/83/83 بود. برای تهیه سوسپانسیون ها، تمام ترکیبات الکترود در NMP با همزن اولتراسونیک مخلوط شدند (UP200H ، مافوق صوت Hielscher) به مدت 2 دقیقه در 200 وات و 24 کیلوهرتز.
هدایت الکتریکی کم و انتشار آهسته لیتیوم یون در امتداد کانال های یک بعدی LiFePO₄ با تعبیه LiFePO می توان بر آن غلبه کرد₄ در یک ماتریس رسانا، به عنوان مثال کربن سیاه. به عنوان ذرات نانو اندازه و هسته پوسته ساختار ذرات بهبود هدایت الکتریکی, فن آوری پراکندگی مافوق صوت و سنتز سونوشیمیایی از هسته پوسته ذرات اجازه می دهد تا برای تولید نانوکامپوزیت برتر برای کاربردهای باتری.

پراکندگی فسفات آهن لیتیوم: تیم تحقیقاتی هاگبرگ (هاگبرگ و همکاران، 2018) از ultrasonicator UP100H برای روش الکترود مثبت ساختاری متشکل از الیاف کربن پوشش داده شده با لیتیوم آهن فسفات (LFP). الیاف کربن یدک کش های پیوسته و خود ایستاده ای هستند که به عنوان جمع کننده جریان عمل می کنند و سختی و استحکام مکانیکی را فراهم می کنند. برای عملکرد بهینه، الیاف به صورت جداگانه پوشش داده می شوند، به عنوان مثال با استفاده از رسوب الکتروفورتیک.
نسبت های وزنی مختلف مخلوط های LFP، CB و PVDF مورد آزمایش قرار گرفت. این مخلوط ها بر روی الیاف کربن پوشانده شدند. از آنجا که توزیع ناهمگن در ترکیبات حمام پوشش ممکن است از ترکیب در پوشش خود متفاوت باشد، هم زدن دقیق توسط سونوگرافی استفاده می شود برای به حداقل رساندن تفاوت.
آنها اشاره کردند که ذرات نسبتا به خوبی در سراسر پوشش پراکنده است که به استفاده از سورفکتانت نسبت داده می شود (تریتون X-100) و مرحله اولتراسونیک قبل از رسوب الکتروفورتیک نسبت داده می شود.

تصاویر SEM با سطح مقطع و بزرگنمایی بالا از الیاف کربن پوشش داده شده با EPD. مخلوط LFP، CB و PVDF با استفاده از ultrasonicator UP100H. بزرگنمایی: الف) 0.8kx، ب) 0.8kx، ج) 1.5kx، د) 30kx.
(مطالعه و تصویر: ©هاگبرگ و همکاران، 2018)

پراکندگی LiNi_0.5منگنز_1.5O₄ مواد کاتد کامپوزیت:
Vidal و همکاران (2013) تأثیر مراحل پردازش مانند فراصوت ، فشار و ترکیب مواد برای LiNi را بررسی کردند_0.5منگنز_1.5O₄کاتدهای کامپوزیت.
الکترودهای کامپوزیت مثبت دارای LiNi_0.5 منگنز_1.5اسپینل O4 به عنوان ماده فعال، ترکیبی از گرافیت و کربن سیاه برای افزایش هدایت الکتریکی الکترود و پلی وینیل دنفلوراید (PVDF) یا ترکیبی از PVDF با مقدار کمی تفلون® (1 درصد وزنی) برای ساخت الکترود. آنها با ریخته گری نوار روی فویل آلومینیومی به عنوان جمع کننده جریان با استفاده از تکنیک تیغه پزشک پردازش شده اند. علاوه بر این، مخلوط اجزای سازنده یا فراصوت شدند یا نه، و الکترودهای پردازش شده تحت فشار سرد بعدی فشرده شدند یا نه تحت فشار سرد بعدی. دو فرمولاسیون آزمایش شده است:
فرمولاسیون A (بدون تفلون®): 78٪ وزنی LiNi_0.5 منگنز_1.5O4; 7.5 درصد وزنی٪ کربن سیاه؛ 2.5 درصد وزنی گرافیت؛ 12 درصد وزنی PVDF
فرمولاسیون B (با تفلون®): 78 درصد وزنی LiNi0_0.5منگنز_1.5O4; 7.5 درصد وزنی٪ کربن سیاه؛ 2.5 درصد وزنی گرافیت؛ 11 درصد وزنی PVDF؛ 1 درصد وزنی تفلون®
در هر دو مورد، اجزای سازنده در N-methylpyrrolidinone (NMP) مخلوط و پراکنده شدند. لینی_0.5 منگنز_1.5اسپینل O4 (2 گرم) به همراه سایر اجزای ذکر شده در درصدهای ذکر شده در 11 میلی لیتر NMP پراکنده شد. در برخی موارد خاص، مخلوط به مدت 25 دقیقه فراصوت شد و سپس در دمای اتاق به مدت 48 ساعت هم زده شد. در برخی دیگر، مخلوط فقط در دمای اتاق به مدت 48 ساعت هم زده شد، یعنی بدون هیچ فراصوتی. درمان فراصوت ترویج پراکندگی 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 الکترودهای مثبت برای باتری های لیتیوم یونی تهیه و مورد مطالعه قرار گرفتند. علاوه بر این از تفلون® و استفاده از درمان فراصوت منجر به الکترودهای یکنواخت است که به خوبی به فویل آلومینیوم چسبیده. هر دو پارامتر به بهبود ظرفیت تخلیه شده در نرخ های بالا (5 درجه سانتیگراد) کمک می کنند. تراکم اضافی مجموعه های الکترود / آلومینیوم به طور قابل توجهی قابلیت های سرعت الکترود را افزایش می دهد. با نرخ 5 درجه سانتیگراد، حفظ ظرفیت قابل توجهی بین 80 تا 90 درصد برای الکترودهایی با وزن در محدوده 3 تا 17 میلی گرم بر سانتی متر یافت می شود^H2S، داشتن تفلون® در فرمولاسیون خود، پس از فراصوت ترکیب اجزای تشکیل دهنده آنها تهیه شده و در زیر 2 تن بر سانتی متر فشرده شده است.^H2S.
به طور خلاصه، الکترودهایی که دارای 1 درصد وزنی تفلون® در فرمولاسیون خود هستند، ترکیبات تشکیل دهنده آنها تحت تیمار فراصوت قرار گرفتند، در 2 تن بر سانتی متر مربع فشرده شدند و با وزن در محدوده 17-2 میلی گرم بر سانتی متر مربع قابلیت سرعت قابل توجهی از خود نشان دادند. حتی در جریان بالای 5 درجه سانتیگراد، ظرفیت تخلیه نرمال شده برای همه این الکترودها بین 80 تا 90 درصد بود. (رجوع کنید به ویدال و همکاران، 2013)

پراکنده کننده های اولتراسونیک با کارایی بالا برای تولید باتری

Hielscher Ultrasonics طراحی، تولید و توزیع قدرت بالا، تجهیزات اولتراسونیک با کارایی بالا، است که برای پردازش کاتد، آند، و مواد الکترولیت برای استفاده در باتری های لیتیوم یون (LIB)، باتری های یون سدیم (NIB) و دیگر سلول های باتری استفاده می شود. سیستم های اولتراسونیک Hielscher استفاده می شود سنتز نانوکامپوزیت, تابع نانوذرات, و پراکنده نانومواد به همگن, تعلیق پایدار.
ارائه نمونه کارها از آزمایشگاه به پردازنده های مافوق صوت در مقیاس کاملا صنعتی, Hielscher رهبر بازار برای پراکنده کننده های اولتراسوند با کارایی بالا است. کار از بیش از 30 سال در زمینه سنتز نانومواد و کاهش اندازه، Hielscher مافوق صوت تجربه گسترده ای در پردازش نانوذرات مافوق صوت و ارائه می دهد پردازنده های مافوق صوت قوی ترین و قابل اعتماد در بازار. مهندسی آلمان فناوری پیشرفته و کیفیت قوی را ارائه می دهد.
فن آوری پیشرفته، با کارایی بالا و نرم افزار پیچیده به نوبه خود مافوق صوت Hielscher به اسب کار قابل اعتماد در فرایند تولید الکترود خود را. تمام سیستم های اولتراسونیک در دفتر مرکزی در Teltow آلمان تولید می شوند، از نظر کیفیت و استحکام آزمایش می شوند و سپس از آلمان در سراسر جهان توزیع می شوند.
سخت افزار پیچیده و نرم افزار هوشمند از مافوق صوت Hielscher طراحی شده اند برای تضمین عملیات قابل اعتماد، نتایج تکرارپذیر و همچنین کاربر پسند. مافوق صوت Hielscher قوی و سازگار در عملکرد، که اجازه می دهد تا آنها را به محیط های خواستار نصب و به آنها را تحت شرایط سنگین کار می کنند. تنظیمات عملیاتی را می توان به راحتی از طریق منوی بصری که از طریق نمایشگر لمسی رنگی دیجیتال و کنترل از راه دور مرورگر قابل دسترسی است، قابل دسترسی است. 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 شود. این اجازه می دهد تا شما را به تجدید نظر و مقایسه فراصوت قبلی اجرا می شود و برای بهینه سازی سنتز، عملکرد، و پراکندگی نانومواد و کامپوزیت به بالاترین بهره وری.
سیستم های مافوق صوت Hielscher در سراسر جهان برای سنتز سونوشیمیایی نانومواد استفاده می شود و ثابت شده است که قابل اعتماد برای پراکندگی نانوذرات به سوسپانسیون کلوئیدی پایدار. مافوق صوت صنعتی Hielscher می تواند به طور مداوم دامنه بالا اجرا و برای عملیات 24/7 ساخته شده. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم با سونوترودهای استاندارد (پروب ها / شاخ های اولتراسونیک) تولید کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند.
پردازنده های مافوق صوت Hielscher برای سنتز سونوشیمیایی، عملکرد، نانو ساختار و deagglomeration در حال حاضر در سراسر جهان در مقیاس تجاری نصب شده است. اکنون با ما تماس بگیرید تا در مورد مرحله فرآیند خود شامل نانومواد برای تولید باتری صحبت کنید! کارکنان با تجربه ما خوشحال خواهند شد که اطلاعات بیشتری در مورد نتایج پراکندگی برتر، سیستم های اولتراسونیک با کارایی بالا و قیمت گذاری به اشتراک بگذارند!
با استفاده از امواج فراصوت ، تولید الکترود و الکترولیت پیشرفته شما در کارایی ، سادگی و هزینه کم در مقایسه با سایر تولید کنندگان الکترود برتری خواهد داشت!

جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد: