Sintesis Sonochemical Bahan Elektroda untuk Produksi Baterai

Dalam produksi sel baterai berkinerja tinggi, bahan berstruktur nano dan nanocomposites memainkan peran penting dalam menyediakan konduktivitas listrik yang unggul, kepadatan penyimpanan yang lebih tinggi, kapasitas dan keandalan yang tinggi. Untuk mencapai fungsi penuh nanomaterials, nano-partikel harus secara individual tersebar atau terkelupas dan mungkin perlu langkah-langkah pengolahan lebih lanjut seperti fungsionalisasi. Ultrasonic nano-processing adalah teknik unggul, berkhasiat dan dapat diandalkan untuk menghasilkan nanomaterials berkinerja tinggi dan nanocomposites untuk produksi baterai canggih.

Dispersi Ultrasonik Bahan Elektrokimia Aktif dalam Bubur Elektroda

Nanomaterials digunakan sebagai bahan elektroda inovatif, yang menghasilkan kinerja baterai isi ulang yang ditingkatkan secara signifikan. Mengatasi aglomerasi, agregasi dan pemisahan fase sangat penting untuk persiapan bubur untuk pembuatan elektroda, terutama ketika bahan berukuran nano terlibat. Nanomaterials meningkatkan luas permukaan aktif elektroda baterai, yang memungkinkan mereka untuk menyerap lebih banyak energi selama siklus pengisian dan untuk meningkatkan kapasitas penyimpanan energi mereka secara keseluruhan. Untuk mendapatkan keuntungan penuh dari nanomaterials, partikel-partikel nano-terstruktur ini harus de-terjerat dan mendistribusikan sebagai partikel terpisah dalam bubur elektroda. Teknologi dispersing ultrasonik menyediakan gaya geser tinggi (sonomechnical) terfokus serta energi sonochemical, yang mengarah pada pencampuran tingkat atom dan kompleksitas bahan berukuran nano.
Partikel nano seperti graphene, carbon nanotubes (CNTs), logam, dan mineral tanah jarang harus tersebar secara seragam menjadi bubur yang stabil untuk mendapatkan bahan elektroda yang sangat fungsional.
Misalnya, graphene dan CNTs terkenal untuk meningkatkan kinerja sel baterai, tetapi aglomerasi partikel harus diatasi. Ini berarti, teknik dispersi berkinerja tinggi, yang mampu memproses nanomaterials dan mungkin viskositas tinggi, mutlak diperlukan. Ultrasonicator tipe probe adalah metode dispersing berkinerja tinggi, yang dapat memproses nanomaterials bahkan pada beban padat tinggi andal dan berkhasiat.

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Ultrasonic nano-ukuran dan fungsionalisasi partikel merupakan proses penting dalam produksi baterai kinerja tinggi.

Sistem aliran ultrasonik berdaya tinggi untuk pemrosesan nanomaterial. Nanomaterial berkinerja tinggi digunakan sebagai bahan elektroda aktif dalam sel baterai.

Ultrasonic Nanomaterial Processing untuk Baterai:

  • Dispersi nanospheres, nanotubes, kawat nano, nanorods, nanowhiskers
  • Pengelupasan nanosheet dan bahan 2D
  • Sintesis nanocomposites
  • Sintesis partikel inti-shell
  • Fungsionalisasi nanopartikel (partikel doped / dihiasi)
  • Penataan nano

Mengapa Sonication Teknik Superior untuk Pemrosesan Nanomaterial?

Ketika teknik dispersing dan pencampuran lainnya seperti mixer geser tinggi, pabrik manik-manik atau homogenizer tekanan tinggi sampai pada batasnya, ultrasonikasi adalah metode yang menonjol untuk pemrosesan partikel mikron dan nano.
Ultrasound berdaya tinggi dan kavitasi akustik yang dihasilkan secara ultrasonik memberikan kondisi energi yang unik dan kepadatan energi ekstrem yang memungkinkan untuk deagglomerate atau pengelupasan nanomaterials, untuk memfungsikan mereka, mensintesis struktur nano dalam proses bottom-up, dan untuk mempersiapkan nanocomposites berkinerja tinggi.
Karena ultrasonikator Hielscher memungkinkan kontrol yang tepat dari parameter pemrosesan ultrasonik yang paling penting seperti intensitas (Ws / mL), amplitudo (μm), suhu (ºC / ºF) dan tekanan (bar), kondisi pemrosesan dapat disetel secara individual ke pengaturan optimal untuk setiap bahan dan proses. Dengan demikian, disperser ultrasonik sangat serbaguna dan dapat digunakan untuk berbagai aplikasi misalnya, dispersi CNT, pengelupasan graphene, sintesis sonochemical partikel cangkang inti atau fungsionalisasi nanopartikel silikon.

Sonochemically disintesis Na0.44MnO2 untuk digunakan sebagai bahan elektroda aktif dalam baterai natrium-ion.

Mikrograf SEM dari sonochemically disiapkan Na0.44MnO2 dengan kalsinasi pada 900 ° C selama 2 jam.
(Studi dan gambar: ©Shinde et al., 2019)

Pelajari lebih lanjut tentang ultrasonikator industri Hielscher untuk pemrosesan nanomaterial dalam pembuatan baterai!

Keuntungan dari Ultrasonic Nanomaterial Processing:

  • Kinerja tinggi, efisiensi tinggi
  • Justru terkendali
  • Tuneable ke aplikasi
  • Untuk skala industri
  • Linear terukur
  • Pengoperasian yang mudah dan aman
  • Biaya-efficent

Di bawah ini Anda dapat menemukan berbagai aplikasi ultrasonically-driven pengolahan nanomaterial:

Sintesis Ultrasonik Nanocomposites

Sintesis ultrasonik graphene-SnO2 nanocomposite: Tim peneliti Deosakar et al. (2013) mengembangkan rute ultrasonically dibantu untuk mempersiapkan graphene-SnO2 nanocomposite. Mereka menyelidiki efek kavitasi yang dihasilkan oleh ultrasound berdaya tinggi selama sintesis komposit graphene-SnO2. Untuk sonikasi, mereka menggunakan perangkat Hielscher Ultrasonics. Hasilnya menunjukkan pemuatan SnO yang ditingkatkan secara ultrasonik dan seragam2 pada graphene nanosheets oleh reaksi oksidasi-reduksi antara graphene oxide dan SnCl2· 2H2O dibandingkan dengan metode sintesis konvensional.

Sonochemically disintesis SnO2-nanocomposite dapat digunakan sebagai bahan anoda dalam baterai.

Bagan yang menunjukkan proses pembentukan graphene oxide dan SnO2– graphene nanocomposite.
(Studi dan gambar: ©Deosakar et al., 2013)

SnO2Graphene nanocomposite telah berhasil disiapkan melalui rute sintesis kimia berbasis larutan berbantuk ultrasound baru dan efektif dan graphene oxide dikurangi oleh SnCl.2 lembaran graphene di hadapan analisis HCl. TEM menunjukkan pemuatan SnO yang seragam dan halus2 dalam nanosheet graphene. Efek kavitasi yang dihasilkan karena penggunaan iradiasi ultrasonik telah terbukti mengintensifkan pemuatan SnO2 yang halus dan seragam pada nanosheet graphene selama reaksi oksidasi-reduksi antara graphene oxide dan SnCl.2· 2H2O. Pemuatan halus dan seragam yang diintensifkan dari nanopartikel SnO2 (3-5 nm) pada nanosheet graphene yang berkurang dikaitkan dengan nukleasi yang ditingkatkan dan transfer zat terlarut karena efek kavitasi yang disebabkan oleh iradiasi ultrasonik. Pemuatan SnO yang halus dan seragam2 Nanopartikel pada nanosheet graphene juga dikonfirmasi dari analisis TEM. Penerapan SnO yang disintesis2Graphene nanocomposite sebagai bahan anoda dalam baterai lithium ion ditunjukkan. Kapasitas SnO2Baterai Li berbasis nanocomposite graphene stabil selama sekitar 120 siklus, dan baterai dapat mengulangi reaksi pelepasan muatan yang stabil. (Deosakar et al., 2013)

Sintesis ultrasonik memungkinkan untuk memproduksi nanocomposites berkinerja tinggi yang digunakan dalam pembuatan baterai.

Gambar TEM dari SnO2Graphene nano-composite disiapkan dengan metode sonochemical. Bar menunjukkan pada (A) 10nm, pada (B) pada 5nm.
(Studi dan gambar: ©Deosakar et al., 2013)

Ultrasonikasi intensitas tinggi adalah teknik penting dalam sintesis nanomaterial dan fungsionalisasi. Sistem ultrasonik industri mampu memproses volume yang sangat besar.

Sistem pencampuran industri dengan ultrasonikator 4x 4000 watt dari model UIP4000hdT untuk pemrosesan nanomaterial senyawa elektroda.

Permintaan Informasi




Perhatikan Kebijakan pribadi.


Ultrasonic Dispersion nanopartikel ke dalam Bubur Baterai

Dispersi komponen electode: Waser et al. (2011) menyiapkan elektroda dengan lithium besi fosfat (LiFePO)4). Bubur mengandung LiFePO4 sebagai bahan aktif, karbon hitam sebagai aditif konduktif listrik, fluoride polivinylidene terlarut dalam N-methylpyrrolidinone (NMP) digunakan sebagai pengikat. Rasio massa (setelah pengeringan) AM / CB / PVDF dalam elektroda adalah 83 / 8,5 / 8,5. Untuk mempersiapkan suspensi, semua konstituen elektroda dicampur dalam NMP dengan pengaduk ultrasonik (UP200H, Ultrasonik Hielscher) selama 2 menit pada 200 W dan 24 kHz.
Konduktivitas listrik rendah dan difusi Li-ion yang lambat di sepanjang saluran satu dimensi LiFePO4 dapat diatasi dengan menyematkan LiFePO4 dalam matriks konduktif, misalnya karbon hitam. Karena partikel berukuran nano dan struktur partikel inti-shell meningkatkan konduktivitas listrik, teknologi dispersi ultrasonik dan sintesis sonochemical partikel inti-shell memungkinkan untuk menghasilkan nanocomposites unggul untuk aplikasi baterai.

Dispersi lithium besi fosfat: Tim peneliti Hagberg (Hagberg et al., 2018) menggunakan ultrasonicator UP100H untuk prosedur elektroda positif struktural yang terdiri dari serat karbon berlapis lithium besi fosfat (LFP). Serat karbon terus menerus, derek berdiri sendiri bertindak sebagai kolektor saat ini dan akan memberikan kekakuan mekanik dan kekuatan. Untuk kinerja optimal, serat dilapisi secara individual, misalnya menggunakan deposisi elektroforesis.
Rasio berat campuran yang berbeda yang terdiri dari LFP, CB dan PVDF diuji. Campuran ini dilapisi serat karbon. Karena distribusi inhomogen dalam komposisi mandi pelapis mungkin berbeda dari komposisi dalam lapisan itu sendiri, pengadukan yang ketat dengan ultrasonikasi digunakan untuk meminimalkan perbedaan.
Mereka mencatat bahwa partikel relatif tersebar dengan baik di seluruh lapisan yang dikaitkan dengan penggunaan surfaktan (Triton X-100) dan langkah ultrasonikasi sebelum deposisi elektroforesis.

Dispersi ultrasonik digunakan untuk homogenisasi LFP, CB dan PVDF sebelum deposisi elektroforesis.

Penampang dan gambar SEM pembesaran tinggi dari serat karbon berlapis EPD. Campuran LFP, CB dan PVDF secara ultrasonik dihomogenisasi menggunakan ultrasonicator UP100H. Pembesaran: a) 0,8kx, b) 0,8kx, c) 1,5kx, d) 30kx.
(Studi dan gambar: ©Hagberg et al., 2018)

Dispersi LiNi0.5Mn1.5O4 bahan katoda komposit:
Vidal et al. (2013) menyelidiki pengaruh langkah-langkah pemrosesan seperti sonikasi, tekanan dan komposisi material untuk LiNi0.5Mn1.5O4katoda komposit.
Elektroda komposit positif memiliki LiNi0.5 Mn1.5O4 spinel sebagai bahan aktif, campuran grafit dan karbon hitam untuk meningkatkan konduktivitas listrik elektroda dan polivinyldenefluoride (PVDF) atau campuran PVDF dengan sejumlah kecil Teflon® (1 wt%) untuk membangun elektroda. Mereka telah diproses dengan pengecoran pita pada aluminium foil sebagai kolektor saat ini menggunakan teknik pisau dokter. Selain itu, campuran komponen disonikasi atau tidak, dan elektroda yang diproses dipadatkan atau tidak di bawah tekanan dingin berikutnya. Dua formulasi telah diuji:
A-Formulasi (tanpa Teflon®): 78 wt% LiNi0.5 Mn1.5O4; 7,5 wt% Karbon hitam; 2,5 wt% Grafit; 12 wt% PVDF
B-Formulasi (dengan Teflon®): 78wt% LiNi00.5Mn1.5O4; 7.5wt% Karbon hitam; 2,5 wt% Grafit; 11 wt% PVDF; 1 wt% Teflon®
Dalam kedua kasus, komponen dicampur dan tersebar dalam N-methylpyrrolidinone (NMP). LiNi0.5 Mn1.5O4 spinel (2g) bersama dengan komponen lain dalam persentase yang disebutkan sudah disiapkan tersebar di 11 ml NMP. Dalam beberapa kasus tertentu, campuran itu disonikasi selama 25 menit dan kemudian diaduk pada suhu kamar selama 48 jam. Pada beberapa yang lain, campuran itu hanya diaduk pada suhu kamar selama 48 jam, yaitu tanpa sonikasi. Perawatan sonikasi mempromosikan dispersi homogen komponen elektroda dan elektroda LNMS yang diperoleh terlihat lebih seragam.
Elektroda komposit dengan berat tinggi, hingga 17mg / cm2, disiapkan dan dipelajari sebagai elektroda positif untuk baterai lithium-ion. Penambahan Teflon® dan penerapan perawatan sonikasi menyebabkan elektroda seragam yang melekat dengan baik pada aluminium foil. Kedua parameter berkontribusi untuk meningkatkan kapasitas yang dikeringkan pada tingkat tinggi (5C). Pemadatan tambahan dari rakitan elektroda / aluminium sangat meningkatkan kemampuan laju elektroda. Pada tingkat 5C, retensi kapasitas yang luar biasa antara 80% dan 90% ditemukan untuk elektroda dengan bobot dalam kisaran 3-17mg / cm.2, memiliki Teflon® dalam formulasi mereka, disiapkan setelah sonikasi campuran komponen mereka dan dipadatkan di bawah 2 ton / cm2.
Singkatnya, elektroda yang memiliki 1 wt% Teflon® dalam formulasinya, campuran komponen mereka mengalami perawatan sonikasi, dipadatkan pada 2 ton / cm2 dan dengan bobot dalam kisaran 2,7-17 mg / cm2 menunjukkan kemampuan tingkat yang luar biasa. Bahkan pada arus tinggi 5C, kapasitas pelepasan yang dinormalisasi adalah antara 80% dan 90% untuk semua elektroda ini. (lih. Vidal et al., 2013)

UIP100hdT adalah ultrasonikator bench-top 1kW untuk pemrosesan nanomaterial industri dalam mode batch atau flow-through.

Ultrasonicator UIP1000hdT (1000W, 20kHz) untuk pemrosesan nanomaterial dalam mode batch atau flow-through.

Disperser Ultrasonik Berkinerja Tinggi untuk Produksi Baterai

Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi dan mendistribusikan peralatan ultrasonik berdaya tinggi dan berkinerja tinggi, yang digunakan untuk memproses katoda, anoda, dan bahan elektrolit untuk digunakan dalam baterai lithium-ion (LIB), baterai natrium-ion (NIB), dan sel baterai lainnya. Sistem ultrasonik Hielscher digunakan mensintesis nanocomposites, fungsionalisasi nanopartikel, dan membubarkan nanomaterials menjadi homogen, suspensi stabil.
Menawarkan portofolio dari laboratorium ke prosesor ultrasonik skala industri sepenuhnya, Hielscher adalah pemimpin pasar untuk disperser ultrasound berkinerja tinggi. Bekerja sejak lebih dari 30 tahun di bidang sintesis nanomaterial dan pengurangan ukuran, Hielscher Ultrasonics memiliki pengalaman luas dalam pengolahan nanopartikel ultrasonik dan menawarkan prosesor ultrasonik yang paling kuat dan dapat diandalkan di pasar. Teknik Jerman menyediakan teknologi canggih dan kualitas yang kuat.
Hielscher ultrasonicators dapat dikendalikan dari jarak jauh melalui kontrol browser. Parameter sonikasi dapat dipantau dan disesuaikan secara tepat dengan persyaratan proses.Teknologi canggih, perangkat lunak berkinerja tinggi dan canggih mengubah ultrasonikator Hielscher menjadi kuda kerja yang andal dalam proses pembuatan elektroda Anda. Semua sistem ultrasonik diproduksi di kantor pusat di Teltow, Jerman, diuji untuk kualitas dan ketahanan dan kemudian didistribusikan dari Jerman di seluruh dunia.
Perangkat keras canggih dan perangkat lunak pintar ultrasonikator Hielscher dirancang untuk menjamin operasi yang andal, hasil yang dapat direproduksi serta keramahan pengguna. Ultrasonikator Hielscher kuat dan konsisten dalam kinerja, yang memungkinkan untuk menginstalnya ke lingkungan yang menuntut dan mengoperasikannya di bawah kondisi tugas berat. Pengaturan operasional dapat dengan mudah diakses dan dialled melalui menu intuitif, yang dapat diakses melalui layar sentuh warna digital dan remote control browser. Oleh karena itu, semua kondisi pemrosesan seperti energi bersih, energi total, amplitudo, waktu, tekanan dan suhu secara otomatis direkam pada kartu SD bawaan. Hal ini memungkinkan Anda untuk merevisi dan membandingkan sonication berjalan sebelumnya dan untuk mengoptimalkan sintesis, fungsionalisasi, dan dispersi nanomaterials dan komposit untuk efisiensi tertinggi.
Sistem Hielscher Ultrasonics digunakan di seluruh dunia untuk sintesis sonochemical nanomaterials dan terbukti dapat diandalkan untuk dispersi nanopartikel menjadi suspensi koloid stabil. Ultrasonikator industri Hielscher dapat terus menjalankan amplitudo tinggi dan dibangun untuk operasi 24/7. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah terus menerus dihasilkan dengan sonotrodes standar (probe ultrasonik / tanduk). Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrodes ultrasonik yang disesuaikan tersedia.
Prosesor ultrasonik Hielscher untuk sintesis sonochemical, fungsionalisasi, penataan nano dan deagglomeration sudah dipasang di seluruh dunia pada skala komersial. Hubungi kami sekarang untuk mendiskusikan langkah proses Anda yang melibatkan nanomaterials untuk pembuatan baterai! Staf kami yang berpengalaman akan dengan senang hati berbagi informasi lebih lanjut tentang hasil dispersi yang unggul, sistem ultrasonik berkinerja tinggi dan harga!
Dengan keuntungan dari ultrasonikasi, produksi elektroda dan elektrolit canggih Anda akan unggul dalam efisiensi, kesederhanaan, dan biaya rendah jika dibandingkan dengan produsen elektroda lainnya!

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami:

Batch Volume Flow Rate Direkomendasikan perangkat
1 hingga 500mL 10-200mL/min UP100H
10-2000mL 20 hingga 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 hingga 20L 0.2 sampai 4L/min UIP2000hdT
10 sampai 100L 2-10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 sampai 100L/menit UIP16000
n.a. kristal yang lebbig cluster UIP16000

Hubungi Kami! / Tanya Kami!

Meminta informasi lebih lanjut

Silakan gunakan formulir di bawah ini untuk meminta informasi tambahan tentang prosesor ultrasonik, aplikasi dan harga. Kami akan senang untuk mendiskusikan proses Anda dengan Anda dan menawarkan sistem ultrasonik yang memenuhi kebutuhan Anda!









Harap dicatat bahwa Kebijakan pribadi.


Homogenizers geser tinggi ultrasonik digunakan di laboratorium, bangku-top, pilot dan pengolahan industri.

Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi dan ekstraksi pada laboratorium, pilot dan skala industri.



Literatur/referensi


Ultrasonics kinerja tinggi! Rangkaian produk Hielscher mencakup spektrum penuh dari ultrasonicator laboratorium kompak di atas unit bench-top hingga sistem ultrasonik industri penuh.

Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizers ultrasonik kinerja tinggi dari laboratorium hingga ukuran industri.