बैटरी उत्पादन के लिए इलेक्ट्रोड सामग्री का सोनोकेमिकल संश्लेषण

उच्च प्रदर्शन बैटरी कोशिकाओं के उत्पादन में, nanostructured सामग्री और nanocomposites बेहतर विद्युत चालकता, उच्च भंडारण घनत्व, उच्च क्षमता और विश्वसनीयता प्रदान करने के लिए एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। नैनोमैटेरियल्स की पूर्ण कार्यक्षमताओं को प्राप्त करने के लिए, नैनो-कणों को व्यक्तिगत रूप से फैलाया या एक्सफोलिएट किया जाना चाहिए और कार्यात्मकता जैसे आगे के प्रसंस्करण चरणों की आवश्यकता हो सकती है। अल्ट्रासोनिक नैनो प्रसंस्करण उन्नत बैटरी उत्पादन के लिए उच्च प्रदर्शन nanomaterials और nanocomposites का उत्पादन करने के लिए बेहतर, प्रभावी और विश्वसनीय तकनीक है।

इलेक्ट्रोड Slurries में इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से सक्रिय सामग्री के अल्ट्रासोनिक फैलाव

नैनोमैटेरियल्स का उपयोग अभिनव इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप रिचार्जेबल बैटरी के प्रदर्शन में काफी वृद्धि हुई। इलेक्ट्रोड विनिर्माण के लिए slurries की तैयारी के लिए समूह, एकत्रीकरण और चरण पृथक्करण पर काबू पाना महत्वपूर्ण है, खासकर जब नैनो आकार की सामग्री शामिल होती है। Nanomaterials बैटरी इलेक्ट्रोड के सक्रिय सतह क्षेत्र में वृद्धि, जो उन्हें चार्ज चक्र के दौरान अधिक ऊर्जा को अवशोषित करने और उनकी समग्र ऊर्जा भंडारण क्षमता बढ़ाने के लिए अनुमति देता है। नैनोमैटेरियल्स का पूरा लाभ प्राप्त करने के लिए, इन नैनो-संरचित कणों को डी-इनवेंट्स होना चाहिए और इलेक्ट्रोड घोल में अलग-अलग कणों के रूप में वितरित किया जाना चाहिए। अल्ट्रासोनिक dispersing प्रौद्योगिकी केंद्रित उच्च कतरनी (sonomechnical) बलों के रूप में के रूप में अच्छी तरह से sonochemical ऊर्जा है, जो परमाणु स्तर मिश्रण और नैनो आकार की सामग्री के complexation की ओर जाता है प्रदान करता है।
Graphene, कार्बन नैनोट्यूब (CNTs), धातुओं, और दुर्लभ पृथ्वी खनिजों जैसे नैनो कणों को अत्यधिक कार्यात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री प्राप्त करने के लिए समान रूप से एक स्थिर घोल में फैलाया जाना चाहिए।
उदाहरण के लिए, graphene और CNTs बैटरी सेल प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है, लेकिन कण समूह को दूर किया जाना चाहिए। इसका मतलब है, एक उच्च प्रदर्शन फैलाव तकनीक, nanomaterials और संभवतः उच्च viscosities को संसाधित करने में सक्षम है, बिल्कुल आवश्यक है। जांच प्रकार ultrasonicators उच्च प्रदर्शन dispersing विधि है, जो भी उच्च ठोस भार मज़बूती से और प्रभावी रूप से nanomaterials संसाधित कर सकते हैं कर रहे हैं.

क्यों Sonication Nanomaterial प्रसंस्करण के लिए सुपीरियर तकनीक है?

जब उच्च कतरनी मिक्सर, मनका मिलों या उच्च दबाव homogenizers के रूप में अन्य dispersing और मिश्रण तकनीकों अपनी सीमाओं पर आते हैं, ultrasonication विधि है जो माइक्रोन और नैनो कणों प्रसंस्करण के लिए बाहर खड़ा है.
उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड और ultrasonically उत्पन्न ध्वनिक cavitation अद्वितीय ऊर्जा की स्थिति और चरम ऊर्जा घनत्व है कि deagglomerate या exfoliate nanomaterials, उन्हें functionalize करने के लिए, नीचे ऊपर प्रक्रियाओं में nanostructures संश्लेषित करने की अनुमति देता है प्रदान करते हैं, और उच्च प्रदर्शन nanocomposites तैयार करने के लिए।
चूंकि Hielscher ultrasonicators तीव्रता (Ws / mL), आयाम (μm), तापमान (ºC / ºF) और दबाव (बार) जैसे सबसे महत्वपूर्ण अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण मापदंडों के सटीक नियंत्रण की अनुमति देते हैं, प्रसंस्करण की स्थिति को व्यक्तिगत रूप से प्रत्येक सामग्री और प्रक्रिया के लिए इष्टतम सेटिंग्स के लिए ट्यून किया जा सकता है। इस प्रकार, अल्ट्रासोनिक dispersers अत्यधिक बहुमुखी हैं और कई अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है जैसे, सीएनटी फैलाव, graphene exfoliation, कोर खोल कणों के sonochemical संश्लेषण या सिलिकॉन नैनोकणों के functionalization.

sonochemically के SEM माइक्रोग्राफ Na0.44MnO2 2 घंटे के लिए 900 डिग्री सेल्सियस पर calcination द्वारा तैयार किया।
(अध्ययन और चित्र: ©शिंदे एट अल।

बैटरी विनिर्माण में nanomaterial प्रसंस्करण के लिए Hielscher औद्योगिक ultrasonicators के बारे में अधिक जानें!

नीचे आप nanomaterial प्रसंस्करण के विभिन्न ultrasonically संचालित अनुप्रयोगों पा सकते हैं:

नैनोकम्पोजिट्स के अल्ट्रासोनिक संश्लेषण

Graphene-SnO के अल्ट्रासोनिक संश्लेषण₂ nanocomposite: देवसाकर एट अल की शोध टीम (2013) ने एक graphene-SnO2 nanocomposite तैयार करने के लिए एक ultrasonically-assisted मार्ग विकसित किया। उन्होंने graphene-SnO2 समग्र के संश्लेषण के दौरान उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड द्वारा उत्पन्न cavitational प्रभावों की जांच की। sonication के लिए, वे एक Hielscher Ultrasonics डिवाइस का इस्तेमाल किया। परिणाम SnO के एक ultrasonically बेहतर ठीक और वर्दी लोड हो रहा है प्रदर्शित₂ graphene पर graphene nanosheets ऑक्सीकरण द्वारा-graphene ऑक्साइड और SnCl के बीच कमी प्रतिक्रिया₂· 2H₂पारंपरिक संश्लेषण विधियों की तुलना में ओ।

ग्राफीन ऑक्साइड और SnO के गठन की प्रक्रिया का प्रदर्शन चार्ट₂-graphene nanocomposite.
(अध्ययन और चित्र: ©देवसाकर एट अल।

SnO₂Graphene nanocomposite सफलतापूर्वक एक उपन्यास और प्रभावी अल्ट्रासाउंड सहायता प्राप्त समाधान आधारित रासायनिक संश्लेषण मार्ग के माध्यम से तैयार किया गया है और Graphene ऑक्साइड SnCl द्वारा कम कर दिया गया था₂ HCl की उपस्थिति में graphene चादरें करने के लिए. TEM विश्लेषण SnO की वर्दी और ठीक लोड हो रहा है से पता चलता है₂ Graphene nanosheets में। अल्ट्रासोनिक विकिरण के उपयोग के कारण उत्पादित cavitational प्रभाव graphene ऑक्साइड और SnCl के बीच ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रिया के दौरान graphene nanosheets पर SnO2 के ठीक और समान लोडिंग को तेज करने के लिए दिखाया गया है₂· 2H₂O. कम graphene nanosheets पर SnO2 नैनोकणों (3-5 एनएम) की तीव्र ठीक और समान लोडिंग अल्ट्रासोनिक विकिरण द्वारा प्रेरित cavitational प्रभाव के कारण बढ़ाया nucleation और विलेय हस्तांतरण के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है। SnO के ठीक और एकसमान लोड हो रहा है₂ Graphene nanosheets पर नैनोकणों भी TEM विश्लेषण से पुष्टि की गई थी। संश्लेषित SnO का अनुप्रयोग₂-लिथियम आयन बैटरी में एक एनोड सामग्री के रूप में graphene nanocomposite का प्रदर्शन किया जाता है। SnO की क्षमता₂Graphene nanocomposite आधारित ली-बैटरी लगभग 120 चक्रों के लिए स्थिर है, और बैटरी स्थिर चार्ज-डिस्चार्ज प्रतिक्रिया को दोहरा सकती है। (देवसाकर एट अल. 2013)

SnO की TEM छवि₂-graphene नैनो-समग्र sonochemical विधि द्वारा तैयार किया. बार (A) 10nm पर, (B) पर 5nm पर इंगित करता है।
(अध्ययन और चित्र: ©देवसाकर एट अल।

अल्ट्रासोनिक बैटरी Slurries में नैनोकणों के फैलाव

Electode घटकों का फैलाव: Waser et al. (2011) लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO) के साथ इलेक्ट्रोड तैयार₄). घोल में सक्रिय सामग्री के रूप में LiFePO4 शामिल था, एक विद्युत प्रवाहकीय योज्य के रूप में कार्बन ब्लैक, एन-मेथिलपाइरोलिडिनोन (एनएमपी) में भंग पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइडन फ्लोराइड का उपयोग बाइंडर के रूप में किया गया था। इलेक्ट्रोड में एएम/सीबी/पीवीडीएफ का द्रव्यमान-अनुपात (सूखने के बाद) 83/8.5/8.5 था। निलंबन तैयार करने के लिए, सभी इलेक्ट्रोड घटकों को एनएमपी में एक अल्ट्रासोनिक हलचल के साथ मिलाया गया था (UP200H, Hielscher Ultrasonics) 200 W और 24 kHz पर 2 मिनट के लिए।
LiFePO के एक आयामी चैनलों के साथ कम विद्युत चालकता और धीमी गति से ली-आयन प्रसार₄ LiFePO एम्बेड करके दूर किया जा सकता है₄ एक प्रवाहकीय मैट्रिक्स में, उदाहरण के लिए कार्बन ब्लैक। नैनो आकार के कणों और कोर-शेल कण संरचनाओं के रूप में विद्युत चालकता में सुधार, अल्ट्रासोनिक फैलाव प्रौद्योगिकी और कोर-शेल कणों के sonochemical संश्लेषण बैटरी अनुप्रयोगों के लिए बेहतर nanocomposites का उत्पादन करने की अनुमति देते हैं।

लिथियम आयरन फॉस्फेट का फैलाव: Hagberg की अनुसंधान टीम (Hagberg et al., 2018) ने अल्ट्रासोनिक UP100H लिथियम आयरन फॉस्फेट (LFP) लेपित कार्बन फाइबर से मिलकर संरचनात्मक सकारात्मक इलेक्ट्रोड की प्रक्रिया के लिए। कार्बन फाइबर निरंतर, आत्म-खड़े टोवर्तमान कलेक्टरों के रूप में कार्य कर रहे हैं और यांत्रिक कठोरता और ताकत प्रदान करेंगे। इष्टतम प्रदर्शन के लिए, तंतुओं को व्यक्तिगत रूप से लेपित किया जाता है, उदाहरण के लिए इलेक्ट्रोफोरेटिक जमाव का उपयोग करना।
LFP, CB और PVDF से मिलकर मिश्रण के विभिन्न वजन अनुपातों का परीक्षण किया गया था। इन मिश्रणों को कार्बन फाइबर पर लेपित किया गया था। चूंकि कोटिंग स्नान रचनाओं में असमान वितरण कोटिंग में ही संरचना से भिन्न हो सकता है, इसलिए ultrasonication द्वारा कठोर सरगर्मी का उपयोग अंतर को कम करने के लिए किया जाता है।
उन्होंने नोट किया कि कणों अपेक्षाकृत अच्छी तरह से कोटिंग जो surfactant (Triton X-100) के उपयोग के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है और electrophoretic जमाव से पहले ultrasonication कदम भर में बिखरे हुए हैं.

ईपीडी लेपित कार्बन फाइबर के क्रॉस-सेक्शन और उच्च आवर्धन SEM छवियां। LFP, CB और PVDF के मिश्रण ultrasonically homogenized का उपयोग कर किया गया था अल्ट्रासोनिक UP100H. आवर्धन: a) 0.8kx, b) 0.8kx, c) 1.5kx, d) 30kx.
(अध्ययन और चित्र: ©Hagberg et al., 2018)

LiNi का फैलाव_0.5Mn_1.5हे₄ मिश्र कैथोड सामग्री:
Vidal et al. (2013) ने LiNi के लिए sonication, दबाव और सामग्री संरचना जैसे प्रसंस्करण चरणों के प्रभाव की जांच की_0.5Mn_1.5हे₄समग्र कैथोड।
धनात्मक समग्र इलेक्ट्रोड जिसमें LiNi होता है_0.5 Mn_1.5सक्रिय सामग्री के रूप में O4 स्पाइनल, इलेक्ट्रोड विद्युत चालकता को बढ़ाने के लिए ग्रेफाइट और कार्बन ब्लैक का मिश्रण और या तो पॉलीविनाइल्डेनफ्लोराइड (PVDF) या इलेक्ट्रोड के निर्माण के लिए टेफ्लॉन® (1 wt%) की एक छोटी राशि के साथ PVDF का मिश्रण। वे डॉक्टर ब्लेड तकनीक का उपयोग कर वर्तमान कलेक्टर के रूप में एक एल्यूमीनियम पन्नी पर टेप कास्टिंग द्वारा संसाधित किया गया है। इसके अतिरिक्त, घटक मिश्रणों को या तो sonicated या नहीं किया गया था, और संसाधित इलेक्ट्रोड कॉम्पैक्ट किए गए थे या बाद में ठंडे दबाने के तहत नहीं थे। दो योगों का परीक्षण किया गया है:
A-सूत्रीकरण (Teflon® के बिना): 78 wt% LiNi_0.5 Mn_1.5O4; 7.5 wt% कार्बन काला; 2.5 wt% ग्रेफाइट; 12 wt% PVDF
बी-फॉर्मूलेशन (टेफ्लॉन® के साथ): 78wt% LiNi0_0.5Mn_1.5O4; 7.5wt% कार्बन काला; 2.5 wt% ग्रेफाइट; 11 wt% PVDF; 1 wt% Teflon®
दोनों मामलों में, घटकों को एन-मिथाइलपाइरोलिडिनोन (एनएमपी) में मिश्रित और तितर-बितर किया गया था। LiNi_0.5 Mn_1.5O4 स्पाइनल (2g) पहले से ही स्थापित प्रतिशत में अन्य घटकों के साथ एनएमपी के 11 मिलीलीटर में बिखरा हुआ था। कुछ विशेष मामलों में, मिश्रण को 25 मिनट के लिए sonicated किया गया था और फिर 48 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर हिलाया गया था। कुछ अन्य लोगों में, मिश्रण को सिर्फ 48 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर हिलाया गया था, यानी बिना किसी sonication के। sonication उपचार इलेक्ट्रोड घटकों के एक सजातीय फैलाव को बढ़ावा देता है और प्राप्त LNMS-इलेक्ट्रोड अधिक समान दिखता है।
उच्च वजन वाले कंपोजिट इलेक्ट्रोड, 17mg / cm2 तक, लिथियम-आयन बैटरी के लिए सकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में तैयार और अध्ययन किए गए थे। Teflon® के अलावा और sonication उपचार के आवेदन वर्दी इलेक्ट्रोड है कि अच्छी तरह से एल्यूमीनियम पन्नी का पालन कर रहे हैं करने के लिए नेतृत्व करते हैं। दोनों पैरामीटर उच्च दरों (5C) पर सूखा क्षमता में सुधार करने में योगदान करते हैं। इलेक्ट्रोड / एल्यूमीनियम विधानसभाओं का अतिरिक्त संघनन उल्लेखनीय रूप से इलेक्ट्रोड दर क्षमताओं को बढ़ाता है। 5C दर पर, 80% और 90% के बीच उल्लेखनीय क्षमता प्रतिधारण 3-17mg / सेमी की सीमा में वजन वाले इलेक्ट्रोड के लिए पाए जाते हैं², उनके निर्माण में Teflon® होने, उनके घटक मिश्रणों के sonication के बाद तैयार किया और 2 टन / सेमी के तहत compacted²।
संक्षेप में, इलेक्ट्रोड उनके सूत्रीकरण में 1 wt% Teflon® होने, उनके घटक एक sonication उपचार के अधीन मिश्रणों, 2 टन / सेमी 2 पर compacted और 2.7-17 मिलीग्राम / सेमी 2 रेंज में वजन के साथ एक उल्लेखनीय दर क्षमता से पता चला। यहां तक कि 5 सी की उच्च धारा पर, इन सभी इलेक्ट्रोड के लिए सामान्यीकृत निर्वहन क्षमता 80% और 90% के बीच थी। (cf. Vidal et al., 2013)

बैटरी उत्पादन के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक Dispersers

Hielscher Ultrasonics डिजाइन, विनिर्माण और उच्च शक्ति, उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक उपकरण, जो कैथोड, एनोड, और लिथियम आयन बैटरी (LIB), सोडियम आयन बैटरी (NIB), और अन्य बैटरी कोशिकाओं में उपयोग के लिए इलेक्ट्रोलाइट सामग्री को संसाधित करने के लिए प्रयोग किया जाता है वितरित करता है। Hielscher अल्ट्रासोनिक सिस्टम nanocomposites संश्लेषित, नैनोकणों functionalize, और सजातीय, स्थिर निलंबन में nanomaterials तितर-बितर उपयोग किया जाता है।
पूरी तरह से औद्योगिक पैमाने पर अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर के लिए प्रयोगशाला से एक पोर्टफोलियो की पेशकश, Hielscher उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासाउंड dispersers के लिए बाजार के नेता है। Nanomaterial संश्लेषण और आकार में कमी के क्षेत्र में 30 से अधिक वर्षों के बाद से काम कर रहा है, Hielscher Ultrasonics अल्ट्रासोनिक nanoparticle प्रसंस्करण में व्यापक अनुभव है और बाजार पर सबसे शक्तिशाली और विश्वसनीय अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर प्रदान करता है। जर्मन इंजीनियरिंग अत्याधुनिक तकनीक और मजबूत गुणवत्ता प्रदान करती है।
उन्नत प्रौद्योगिकी, उच्च प्रदर्शन और परिष्कृत सॉफ्टवेयर अपने इलेक्ट्रोड विनिर्माण प्रक्रिया में विश्वसनीय काम घोड़ों में Hielscher ultrasonicators बारी। सभी अल्ट्रासोनिक प्रणालियों Teltow, जर्मनी में मुख्यालय में निर्मित कर रहे हैं, गुणवत्ता और मजबूती के लिए परीक्षण किया और फिर दुनिया भर में जर्मनी से वितरित कर रहे हैं।
Hielscher ultrasonicators के परिष्कृत हार्डवेयर और स्मार्ट सॉफ्टवेयर विश्वसनीय संचालन, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणामों के साथ-साथ उपयोगकर्ता-मित्रता की गारंटी देने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। Hielscher ultrasonicators प्रदर्शन में मजबूत और सुसंगत हैं, जो उन्हें मांग वाले वातावरण में स्थापित करने और उन्हें भारी शुल्क की स्थिति में संचालित करने की अनुमति देता है। परिचालन सेटिंग्स को सहज ज्ञान युक्त मेनू के माध्यम से आसानी से एक्सेस और डायल किया जा सकता है, जिसे डिजिटल कलर टच-डिस्प्ले और ब्राउज़र रिमोट कंट्रोल के माध्यम से एक्सेस किया जा सकता है। इसलिए, सभी प्रसंस्करण स्थितियों जैसे कि शुद्ध ऊर्जा, कुल ऊर्जा, आयाम, समय, दबाव और तापमान स्वचालित रूप से अंतर्निहित एसडी-कार्ड पर दर्ज किए जाते हैं। यह आप को संशोधित करने और पिछले sonication रन की तुलना करने के लिए और संश्लेषण, functionalization, और nanomaterials और composites के फैलाव को उच्चतम दक्षता के लिए अनुकूलित करने के लिए अनुमति देता है।
Hielscher Ultrasonics प्रणालियों nanomaterials के sonochemical संश्लेषण के लिए दुनिया भर में उपयोग किया जाता है और स्थिर कोलाइडल निलंबन में नैनोकणों के फैलाव के लिए विश्वसनीय साबित कर रहे हैं। Hielscher औद्योगिक ultrasonicators लगातार उच्च amplitudes चला सकते हैं और 24/7 आपरेशन के लिए बनाया गया है। अप करने के लिए 200μm के amplitudes आसानी से लगातार मानक sonotrodes (अल्ट्रासोनिक जांच / यहां तक कि उच्च amplitudes के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं।
Sonochemical संश्लेषण, functionalization, नैनो-संरचना और deagglomeration के लिए Hielscher अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर पहले से ही वाणिज्यिक पैमाने पर दुनिया भर में स्थापित कर रहे हैं। बैटरी विनिर्माण के लिए nanomaterials शामिल अपनी प्रक्रिया कदम पर चर्चा करने के लिए अब हमसे संपर्क करें! हमारे अच्छी तरह से अनुभवी कर्मचारियों को बेहतर फैलाव परिणामों, उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक सिस्टम और मूल्य निर्धारण के बारे में अधिक जानकारी साझा करने के लिए खुशी होगी!
Ultrasonication के लाभ के साथ, अपने उन्नत इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट उत्पादन दक्षता, सादगी और कम लागत में उत्कृष्टता होगी जब अन्य इलेक्ट्रोड निर्माताओं की तुलना में!

नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है: