ელექტროდის მასალების სონოქიმიური სინთეზი ბატარეის წარმოებისთვის

მაღალი ხარისხის ბატარეის უჯრედების წარმოებაში, ნანოსტრუქტურული მასალები და ნანოკომპოზიტები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ უმაღლესი ელექტროგამტარობის, შენახვის მაღალი სიმკვრივის, მაღალი სიმძლავრისა და საიმედოობის უზრუნველყოფაში. ნანომასალების სრული ფუნქციონირების მისაღწევად, ნანონაწილაკები ინდივიდუალურად უნდა იყოს გაფანტული ან აქერცლილი და შესაძლოა საჭირო გახდეს შემდგომი დამუშავების საფეხურები, როგორიცაა ფუნქციონალიზაცია. ულტრაბგერითი ნანო დამუშავება არის უმაღლესი, ეფექტური და საიმედო ტექნიკა მაღალი ხარისხის ნანომასალების და ნანოკომპოზიტების წარმოებისთვის ბატარეის მოწინავე წარმოებისთვის.

ელექტროქიმიურად აქტიური მასალების ულტრაბგერითი დისპერსია ელექტროდის ნალექებში

ნანომასალები გამოიყენება როგორც ინოვაციური ელექტროდი მასალა, რამაც მნიშვნელოვნად გაზარდა დატენვის ბატარეების მუშაობა. აგლომერაციის, აგრეგაციისა და ფაზური განცალკევების დაძლევა გადამწყვეტია ელექტროდების წარმოებისთვის ნაღვლის მოსამზადებლად, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც საქმე ეხება ნანო ზომის მასალებს. ნანომასალები ზრდის ბატარეის ელექტროდების აქტიური ზედაპირის ფართობს, რაც მათ საშუალებას აძლევს აითვისონ მეტი ენერგია დამუხტვის ციკლების დროს და გაზარდონ ენერგიის შენახვის მთლიანი მოცულობა. ნანომასალების სრული უპირატესობის მისაღებად, ეს ნანოსტრუქტურირებული ნაწილაკები უნდა იყოს ჩახლართული და ცალკეული ნაწილაკების სახით განაწილდეს ელექტროდის შლამში. ულტრაბგერითი დისპერსიული ტექნოლოგია უზრუნველყოფს ფოკუსირებულ მაღალი ათვლის (სონომექნიკურ) ძალებს, ასევე სონოქიმიურ ენერგიას, რაც იწვევს ნანო ზომის მასალების ატომური დონის შერევას და კომპლექსურობას.
ნანო ნაწილაკები, როგორიცაა გრაფენი, ნახშირბადის ნანომილები (CNTs), ლითონები და იშვიათი მიწიერი მინერალები, თანაბრად უნდა იყოს გაფანტული მდგრად ხსნარში, რათა მივიღოთ მაღალფუნქციური ელექტროდის მასალები.
მაგალითად, გრაფენი და CNT-ები ცნობილია, რომ აძლიერებენ ბატარეის უჯრედის მუშაობას, მაგრამ ნაწილაკების აგლომერაცია უნდა დაიძლიოს. ეს ნიშნავს, რომ აბსოლუტურად საჭიროა მაღალი ხარისხის დისპერსიის ტექნიკა, რომელსაც შეუძლია ნანომასალების და, შესაძლოა, მაღალი სიბლანტის დამუშავება. ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი არის მაღალი ხარისხის დისპერსიული მეთოდი, რომელსაც შეუძლია საიმედოდ და ეფექტურად დაამუშავოს ნანომასალები მაღალი მყარი დატვირთვის დროსაც კი.

რატომ არის Sonication უმაღლესი ტექნიკა ნანომასალების დამუშავებისთვის?

როდესაც სხვა დისპერსიული და შერევის ტექნიკა, როგორიცაა მაღალი ათვლის მიქსერები, მძივების წისქვილები ან მაღალი წნევის ჰომოგენიზატორები საზღვრებს აღწევს, ულტრაბგერითი არის მეთოდი, რომელიც გამოირჩევა მიკრონი და ნანო ნაწილაკების დამუშავებისთვის.
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი და ულტრაბგერითი წარმოქმნილი აკუსტიკური კავიტაცია უზრუნველყოფს უნიკალურ ენერგეტიკულ პირობებს და ენერგიის ექსტრემალურ სიმკვრივეს, რაც საშუალებას იძლევა ნანომასალების დეაგლომერაცია ან აქერცვლა, მათი ფუნქციონირება, ნანოსტრუქტურების სინთეზირება ქვემოდან ზემოთ პროცესებში და მაღალი ხარისხის ნანოკომპოზიტების მომზადება.
ვინაიდან Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები საშუალებას გაძლევთ ზუსტად მართოთ ულტრაბგერითი დამუშავების ყველაზე მნიშვნელოვანი პარამეტრები, როგორიცაა ინტენსივობა (Ws/mL), ამპლიტუდა (μm), ტემპერატურა (ºC/ºF) და წნევა (ბარი), დამუშავების პირობები შეიძლება ინდივიდუალურად იყოს მორგებული ოპტიმალურ პარამეტრებზე. თითოეული მასალა და პროცესი. ამრიგად, ულტრაბგერითი დისპერსერები ძალიან მრავალმხრივია და შეიძლება გამოყენებულ იქნას მრავალი აპლიკაციისთვის, მაგალითად, CNT დისპერსიისთვის, გრაფენის აქერცვლა, ბირთვის გარსის ნაწილაკების სონოქიმიური სინთეზი ან სილიციუმის ნანონაწილაკების ფუნქციონალიზაცია.

SEM მიკროგრაფიები სონოქიმიურად მომზადებული Na0.44MnO2 კალცინაციით 900°C-ზე 2 საათის განმავლობაში.
(შესწავლა და სურათი: ©Shinde et al., 2019)

შეიტყვეთ მეტი Hielscher სამრეწველო ულტრაბგერითების შესახებ ნანომასალების დამუშავებისთვის ბატარეის წარმოებაში!

ქვემოთ შეგიძლიათ იხილოთ ნანომასალების დამუშავების ულტრაბგერითი დამუშავების სხვადასხვა აპლიკაციები:

ნანოკომპოზიტების ულტრაბგერითი სინთეზი

გრაფენის-SnO ულტრაბგერითი სინთეზი₂ ნანოკომპოზიტი: Deosakar-ის კვლევითი ჯგუფი და სხვ. (2013) შეიმუშავეს ულტრაბგერითი დახმარებით მარშრუტი გრაფენ-SnO2 ნანოკომპოზიტის მოსამზადებლად. მათ გამოიკვლიეს მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი წარმოქმნილი კავიტაციური ეფექტები გრაფენ-SnO2 კომპოზიტის სინთეზის დროს. გაჟონვისთვის იყენებდნენ Hielscher Ultrasonics მოწყობილობას. შედეგები აჩვენებს SnO-ს ულტრაბგერით გაუმჯობესებულ წვრილ და ერთგვაროვან დატვირთვას₂ გრაფენის ნანოფურცლებზე ჟანგვა-აღდგენითი რეაქციით გრაფენის ოქსიდსა და SnCl-ს შორის₂· 2 სთ₂O სინთეზის ჩვეულებრივ მეთოდებთან შედარებით.

გრაფიკი, რომელიც ასახავს გრაფენის ოქსიდის და SnO-ს წარმოქმნის პროცესს₂- გრაფენის ნანოკომპოზიტი.
(შესწავლა და სურათები: ©Deosakar et al., 2013)

SnO₂-გრაფენის ნანოკომპოზიტი წარმატებით იქნა მომზადებული ახალი და ეფექტური ულტრაბგერითი დახმარებით ხსნარზე დაფუძნებული ქიმიური სინთეზის მარშრუტით და გრაფენის ოქსიდი შემცირდა SnCl-ით₂ გრაფენის ფურცლებზე HCl-ის თანდასწრებით. TEM ანალიზი აჩვენებს SnO-ს ერთგვაროვან და წვრილ დატვირთვას₂ გრაფენის ნანოფურცლებში. ნაჩვენებია, რომ ულტრაბგერითი გამოსხივების გამოყენების შედეგად წარმოქმნილი კავიტაციური ეფექტები აძლიერებს SnO2-ის წვრილ და ერთგვაროვან დატვირთვას გრაფენის ნანოფურცლებზე გრაფენის ოქსიდსა და SnCl-ს შორის დაჟანგვა-აღდგენითი რეაქციის დროს.₂· 2 სთ₂O. SnO2 ნანონაწილაკების (3-5 ნმ) გაძლიერებული წვრილი და ერთგვაროვანი დატვირთვა შემცირებულ გრაფენის ნანოფურცლებზე განპირობებულია ულტრაბგერითი გამოსხივებით გამოწვეული კავიტაციური ეფექტის გაძლიერებულ ნუკლეაციასთან და ხსნადი ნივთიერების გადაცემასთან. SnO-ის წვრილი და ერთგვაროვანი დატვირთვა₂ ნანონაწილაკები გრაფენის ნანოფურცლებზე ასევე დადასტურდა TEM ანალიზით. სინთეზირებული SnO-ს გამოყენება₂- ნაჩვენებია გრაფენის ნანოკომპოზიტი, როგორც ანოდის მასალა ლითიუმის იონურ ბატარეებში. SnO-ს სიმძლავრე₂– გრაფენის ნანოკომპოზიტზე დაფუძნებული Li- ბატარეა სტაბილურია დაახლოებით 120 ციკლის განმავლობაში და ბატარეას შეუძლია გაიმეოროს სტაბილური დატენვა-გამონადენი რეაქცია. (დეოსაკარი და სხვ., 2013)

SnO-ს TEM გამოსახულება₂– გრაფენის ნანოკომპოზიტი, რომელიც მომზადებულია სონოქიმიური მეთოდით. ბარი მიუთითებს (A) 10 ნმ-ზე, (B) 5 ნმ-ზე.
(შესწავლა და სურათები: ©Deosakar et al., 2013)

ნანონაწილაკების ულტრაბგერითი დისპერსია ბატარეის ნალექებში

ელექტოდის კომპონენტების დისპერსია: ვაზერი და სხვ. (2011) მოამზადეს ელექტროდები ლითიუმის რკინის ფოსფატით (LiFePO₄). ნადუღი შეიცავდა LiFePO4-ს, როგორც აქტიურ მასალას, ნახშირბადის შავ ფერს, როგორც ელექტროგამტარ დანამატს, N-მეთილპიროლიდინონში (NMP) გახსნილი პოლივინილიდენ ფტორიდი გამოყენებული იყო შემკვრელად. AM/CB/PVDF-ის მასის თანაფარდობა (გაშრობის შემდეგ) ელექტროდებში იყო 83/8,5/8,5. სუსპენზიების მოსამზადებლად, ელექტროდის ყველა კომპონენტი შერეული იყო NMP-ში ულტრაბგერითი შემრევით (UP200H, Hielscher ულტრაბგერითი) 2 წუთის განმავლობაში 200 W და 24 kHz.
დაბალი ელექტროგამტარობა და ნელი Li-ion დიფუზია LiFePO-ს ერთგანზომილებიანი არხების გასწვრივ₄ შეიძლება დაიძლიოს LiFePO-ს ჩაშენებით₄ გამტარ მატრიცაში, მაგ. ნახშირბადის შავი. ვინაიდან ნანო ზომის ნაწილაკები და ბირთვის ნაწილაკების სტრუქტურები აუმჯობესებენ ელექტრულ გამტარობას, ულტრაბგერითი დისპერსიის ტექნოლოგია და ბირთვის ნაწილაკების სონოქიმიური სინთეზი საშუალებას იძლევა წარმოქმნას უმაღლესი ნანოკომპოზიტები ბატარეის გამოყენებისთვის.

ლითიუმის რკინის ფოსფატის დისპერსია: ჰაგბერგის კვლევითმა ჯგუფმა (Hagberg et al., 2018) გამოიყენა ულტრაბგერითი UP100H სტრუქტურული დადებითი ელექტროდის პროცედურისთვის, რომელიც შედგება ლითიუმის რკინის ფოსფატის (LFP) დაფარული ნახშირბადის ბოჭკოებისგან. ნახშირბადის ბოჭკოები არის უწყვეტი, თვითდადგმული ბუქსირები, რომლებიც მოქმედებენ როგორც მიმდინარე კოლექტორები და უზრუნველყოფენ მექანიკურ სიმტკიცეს და სიმტკიცეს. ოპტიმალური მუშაობისთვის, ბოჭკოები იფარება ინდივიდუალურად, მაგ. ელექტროფორეზული დეპონირების გამოყენებით.
შემოწმებული იქნა ნარევების სხვადასხვა წონის კოეფიციენტები, რომლებიც შედგებოდა LFP, CB და PVDF. ეს ნარევები დაფარული იყო ნახშირბადის ბოჭკოებზე. იმის გამო, რომ არაჰომოგენური განაწილება დაფარვის აბაზანის კომპოზიციებში შეიძლება განსხვავდებოდეს თავად საფარის შემადგენლობისგან, განსხვავების შესამცირებლად გამოიყენება მკაცრი მორევა ულტრაბგერითი საშუალებით.
მათ აღნიშნეს, რომ ნაწილაკები შედარებით კარგად არის გაფანტული მთელ საფარში, რაც მიეკუთვნება ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების გამოყენებას (Triton X-100) და ელექტროფორეზულ დეპონირებამდე ულტრაბგერითი დამუშავების საფეხურს.

EPD დაფარული ნახშირბადის ბოჭკოების განივი და მაღალი გადიდების SEM გამოსახულებები. LFP, CB და PVDF ნარევი ულტრაბგერითი ჰომოგენიზირებული იყო გამოყენებით ულტრაბგერითი UP100H. გადიდებები: ა) 0,8 კx, ბ) 0,8 კx, გ) 1,5 კx, დ) 30 კx.
(შესწავლა და სურათი: © Hagberg et al., 2018)

LiNi-ს დისპერსია_0.5მნ_1.5ო₄ კომპოზიტური კათოდური მასალა:
ვიდალი და სხვ. (2013) გამოიკვლია დამუშავების საფეხურების გავლენა, როგორიცაა ხმოვანი გამოყოფა, წნევა და მასალის შემადგენლობა LiNi-სთვის_0.5მნ_1.5ო₄კომპოზიტური კათოდები.
დადებითი კომპოზიტური ელექტროდები LiNi_0.5 მნ_1.5O4 სპინელი, როგორც აქტიური მასალა, გრაფიტისა და ნახშირბადის ნაზავი ელექტროდის ელექტრული გამტარობის გაზრდისთვის და ან პოლივინილდენფლუორიდი (PVDF) ან PVDF-ის ნაზავი მცირე რაოდენობით Teflon®-თან (1 wt%) ელექტროდის შესაქმნელად. ისინი დამუშავდა ალუმინის ფოლგაზე ლენტით ჩამოსხმის გზით, როგორც მიმდინარე კოლექციონერი ექიმი blade ტექნიკის გამოყენებით. გარდა ამისა, კომპონენტების ნარევები ან გაჟღენთილი იყო ან არა, და დამუშავებული ელექტროდები დატკეპნილი იყო ან არა შემდგომი ცივი დაჭერით. შემოწმებულია ორი ფორმულირება:
A-ფორმულირება (ტეფლონის გარეშე): 78 wt% LiNi_0.5 მნ_1.5O4; 7.5 wt% ნახშირბადის შავი; 2.5 wt% გრაფიტი; 12 wt% PVDF
B-ფორმულირება (ტეფლონით®): 78wt% LiNi0_0.5მნ_1.5O4; 7.5wt% ნახშირბადის შავი; 2.5 wt% გრაფიტი; 11 wt% PVDF; 1 wt% Teflon®
ორივე შემთხვევაში, კომპონენტები შერეული და დაშლილი იყო N-მეთილპიროლიდინონში (NMP). LiNi_0.5 მნ_1.5O4 სპინელი (2გრ) სხვა კომპონენტებთან ერთად აღნიშნულ პროცენტებში უკვე დაყენებული იყო 11 მლ NMP-ში. ზოგიერთ კონკრეტულ შემთხვევაში, ნარევი გაჟღენთილია 25 წუთის განმავლობაში და შემდეგ ურევენ ოთახის ტემპერატურაზე 48 საათის განმავლობაში. ზოგიერთ სხვაში ნარევს უბრალოდ ურევენ ოთახის ტემპერატურაზე 48 საათის განმავლობაში, ანუ ყოველგვარი გაჟონვის გარეშე. ხმოვანი დამუშავება ხელს უწყობს ელექტროდის კომპონენტების ერთგვაროვან დისპერსიას და მიღებული LNMS-ელექტროდი გამოიყურება უფრო ერთგვაროვანი.
მომზადებული და შესწავლილი იქნა კომპოზიტური ელექტროდები მაღალი მასით, 17 მგ/სმ2-მდე, როგორც დადებითი ელექტროდები ლითიუმ-იონური ბატარეებისთვის. Teflon®-ის დამატება და სონიკირებული მკურნალობის გამოყენება იწვევს ერთგვაროვან ელექტროდებს, რომლებიც კარგად არის მიბმული ალუმინის ფოლგაზე. ორივე პარამეტრი ხელს უწყობს მაღალი ტემპებით (5C) დაცლის სიმძლავრის გაუმჯობესებას. ელექტროდის/ალუმინის შეკრებების დამატებითი დატკეპნა საგრძნობლად აძლიერებს ელექტროდის სიჩქარის შესაძლებლობებს. 5C სიჩქარით, შესამჩნევი სიმძლავრის შეკავება 80%-დან 90%-მდეა ნაპოვნი ელექტროდებისთვის, რომელთა წონა დიაპაზონშია 3-17 მგ/სმ.²ფორმულირებაში შეიცავს Teflon®-ს, მომზადებული მათი კომპონენტის ნარევების გახმოვანების შემდეგ და დატკეპნილი 2 ტონა/სმ-ზე ნაკლები².
მოკლედ, ელექტროდებს, რომლებსაც აქვთ 1 wt% Teflon® ფორმულირება, მათი კომპონენტური ნარევები, რომლებიც ექვემდებარება სონიკაციურ მკურნალობას, დატკეპნილი 2 ტონა/სმ2-ზე და წონით 2,7-17 მგ/სმ2 დიაპაზონში, აჩვენეს შესანიშნავი სიჩქარის შესაძლებლობა. 5C მაღალი დენის დროსაც კი, ნორმალიზებული გამონადენის სიმძლავრე იყო 80%-დან 90%-მდე ყველა ამ ელექტროდისთვის. (შდრ. Vidal et al., 2013)

მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი დისპერსერები ბატარეის წარმოებისთვის

Hielscher Ultrasonics შეიმუშავებს, აწარმოებს და ავრცელებს მაღალი სიმძლავრის, მაღალი ხარისხის ულტრაბგერით აღჭურვილობას, რომელიც გამოიყენება კათოდური, ანოდისა და ელექტროლიტური მასალების დასამუშავებლად ლითიუმ-იონურ ბატარეებში (LIB), ნატრიუმ-იონურ ბატარეებში (NIB) და სხვა. ბატარეის უჯრედები. Hielscher-ის ულტრაბგერითი სისტემები გამოიყენება ნანოკომპოზიტების სინთეზირებისთვის, ნანონაწილაკების ფუნქციონალიზაციისთვის და ნანომასალების ერთგვაროვან, სტაბილურ სუსპენზიებად დასაშლელად.
გვთავაზობს პორტფელს ლაბორატორიიდან სრულად ინდუსტრიული მასშტაბის ულტრაბგერითი პროცესორებამდე, Hielscher არის ბაზრის ლიდერი მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი დისპერსერებისთვის. 30 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში ნანომასალების სინთეზისა და ზომის შემცირების სფეროში მოღვაწე Hielscher Ultrasonics-ს აქვს დიდი გამოცდილება ულტრაბგერითი ნანონაწილაკების დამუშავებაში და გთავაზობთ ყველაზე მძლავრ და საიმედო ულტრაბგერით პროცესორებს ბაზარზე. გერმანული ინჟინერია უზრუნველყოფს უახლესი ტექნოლოგიებისა და მყარ ხარისხს.
მოწინავე ტექნოლოგია, მაღალი ხარისხის და დახვეწილი პროგრამული უზრუნველყოფა აქცევს Hielscher ულტრაბგერითებს საიმედო სამუშაო ცხენებად თქვენი ელექტროდების წარმოების პროცესში. ყველა ულტრაბგერითი სისტემა იწარმოება სათაო ოფისში Teltow, გერმანია, ტესტირება ხარისხისა და გამძლეობისთვის და შემდეგ ნაწილდება გერმანიიდან მთელს მსოფლიოში.
Hielscher ულტრაბგერითების დახვეწილი აპარატურა და ჭკვიანი პროგრამული უზრუნველყოფა შექმნილია საიმედო მუშაობის, განმეორებადი შედეგების და ასევე მომხმარებლის კეთილგანწყობის უზრუნველსაყოფად. Hielscher ულტრაბგერითი არის მტკიცე და თანმიმდევრული შესრულება, რაც საშუალებას იძლევა დააინსტალიროთ ისინი მომთხოვნ გარემოში და იმუშაონ მძიმე სამუშაო პირობებში. ოპერაციულ პარამეტრებზე ადვილად წვდომა და აკრეფა შესაძლებელია ინტუიციური მენიუს საშუალებით, რომლის წვდომა შესაძლებელია ციფრული ფერადი სენსორული დისპლეით და ბრაუზერის დისტანციური მართვის საშუალებით. ამიტომ, დამუშავების ყველა პირობა, როგორიცაა წმინდა ენერგია, მთლიანი ენერგია, ამპლიტუდა, დრო, წნევა და ტემპერატურა ავტომატურად ჩაიწერება ჩაშენებულ SD ბარათზე. ეს საშუალებას გაძლევთ გადახედოთ და შეადაროთ წინა ხმოვანი გაშვებები და ოპტიმიზაცია მოახდინოთ ნანომასალებისა და კომპოზიტების სინთეზის, ფუნქციონალიზაციისა და დისპერსიის მაქსიმალურ ეფექტურობამდე.
Hielscher Ultrasonics სისტემები გამოიყენება მთელ მსოფლიოში ნანომასალების სონოქიმიური სინთეზისთვის და დადასტურებულია, რომ საიმედოა ნანონაწილაკების სტაბილურ კოლოიდურ სუსპენზიებში დისპერსიისთვის. Hielscher სამრეწველო ულტრაბგერითებს შეუძლიათ მუდმივად აწარმოონ მაღალი ამპლიტუდები და აგებულია 24/7 მუშაობისთვის. 200 μm-მდე ამპლიტუდები ადვილად შეიძლება მუდმივად წარმოიქმნას სტანდარტული სონოტროდებით (ულტრაბგერითი ზონდები / რქები). უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია მორგებული ულტრაბგერითი სონოტროდები.
Hielscher ულტრაბგერითი პროცესორები სონოქიმიური სინთეზისთვის, ფუნქციონალიზაციისთვის, ნანოსტრუქტურიზაციისა და დეაგლომერაციისთვის უკვე დამონტაჟებულია მთელ მსოფლიოში კომერციული მასშტაბით. დაგვიკავშირდით ახლა, რათა განიხილოთ თქვენი პროცესის ეტაპი, რომელიც მოიცავს ნანომასალებს ბატარეის წარმოებისთვის! ჩვენი გამოცდილი პერსონალი მოხარული იქნება გაგიზიაროთ მეტი ინფორმაცია უმაღლესი დისპერსიის შედეგების, მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი სისტემებისა და ფასების შესახებ!
ულტრაბგერითი გამოკვლევის უპირატესობით, თქვენი მოწინავე ელექტროდების და ელექტროლიტების წარმოება გამოირჩევა ეფექტურობით, სიმარტივით და დაბალი ფასით, ელექტროდების სხვა მწარმოებლებთან შედარებით!

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს: