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배터리 생산을 위한 전극 재료의 Sonochemical 합성

고성능 배터리 셀 생산에서 나노 구조 재료와 나노 복합 재료는 우수한 전기 전도성, 더 높은 저장 밀도, 고용량 및 신뢰성을 제공하는 중요한 역할을 합니다. 나노 물질의 완전한 기능을 얻기 위해서는 나노 입자를 개별적으로 분산시키거나 박리해야 하며 기능화와 같은 추가 처리 단계가 필요할 수 있습니다. 초음파 나노 공정은 첨단 배터리 생산을 위한 고성능 나노 물질 및 나노 복합체를 생산하는 우수하고 효과적이며 신뢰할 수 있는 기술입니다.

전극 슬러리에서 전기화학적 활성 물질의 초음파 분산

나노 물질은 혁신적인 전극 재료로 사용되어 충전식 배터리의 성능을 크게 향상 시켰습니다. 응집, 응집 및 상 분리를 극복하는 것은 특히 나노 크기의 물질이 관련된 경우 전극 제조를 위한 슬러리 제조에 매우 중요합니다. 나노 물질은 배터리 전극의 활성 표면적을 증가시켜 충전 주기 동안 더 많은 에너지를 흡수하고 전체 에너지 저장 용량을 증가시킬 수 있습니다. 나노 물질의 이점을 최대한 활용하려면 이러한 나노 구조 입자가 얽힘을 풀고 전극 슬러리에서 별도의 입자로 분포해야 합니다. 초음파 분산 기술은 집중 된 고 전단 (sonomechnical) 힘과 초음파 화학 에너지를 제공하여 원자 수준의 혼합 및 나노 크기의 물질의 복합체로 이어집니다.
그래핀, 탄소나노튜브(CNTs), 금속, 희토류 광물 등의 나노입자는 고기능성 전극 소재를 얻기 위해 안정적인 슬러리에 균일하게 분산되어야 합니다.
예를 들어, 그래핀과 CNT는 배터리 셀 성능을 향상시키는 것으로 잘 알려져 있지만 입자 응집을 극복해야 합니다. 즉, 나노 물질을 처리할 수 있고 점도가 높을 수 있는 고성능 분산 기술이 절대적으로 필요합니다. 프로브 형 초음파는 고성능 분산 방법으로, 높은 고체 부하에서도 나노 물질을 안정적이고 효과적으로 처리 할 수 있습니다.

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입자의 초음파 나노 크기 조정 및 기능화는 고성능 배터리 생산에서 중요한 공정입니다.

나노물질 가공을 위한 고출력 초음파 플로우 스루 시스템. 고성능 나노물질은 배터리 셀의 활성전극 물질로 사용됩니다.

배터리용 초음파 나노물질 가공:

  • 나노 구체, 나노 튜브, 나노 와이어, 나노 막대, 나노 수염의 분산
  • 나노시트 및 2D 재료의 박리
  • 나노 복합체의 합성
  • core-shell 입자의 합성
  • 나노 입자 (도핑 / 장식 입자)의 기능화
  • 나노 구조화

초음파 처리가 나노 물질 가공을위한 우수한 기술 인 이유는 무엇입니까?

고 전단 믹서, 비드 밀 또는 고압 균질화기와 같은 다른 분산 및 혼합 기술이 한계에 도달 할 때 초음파는 미크론 및 나노 입자 가공에서 두드러진 방법입니다.
고출력 초음파와 초음파로 생성된 음향 캐비테이션은 나노 물질을 응집시키지 않거나 박리하고, 기능화하고, 상향식 공정에서 나노 구조를 합성하고, 고성능 나노 복합체를 준비할 수 있는 고유한 에너지 조건과 극한의 에너지 밀도를 제공합니다.
Hielscher 초음파를 사용하면 강도 (Ws / mL), 진폭 (μm), 온도 (ºC / ºF) 및 압력 (bar)과 같은 가장 중요한 초음파 처리 매개 변수를 정밀하게 제어 할 수 있으므로 처리 조건을 각 재료 및 공정에 대한 최적의 설정으로 개별적으로 조정할 수 있습니다. 따라서 초음파 분산기는 매우 다재다능하며 CNT 분산액, 그래 핀 박리, 코어 쉘 입자의 초음파 화학 합성 또는 실리콘 나노 입자의 기능화와 같은 다양한 응용 분야에 사용할 수 있습니다.

나트륨 이온 배터리의 활성 전극 재료로 사용하기 위해 Na0.44MnO2를 Sonochemical적으로 합성했습니다.

900 ° C에서 2 시간 동안 소성하여 초음파 화학적으로 제조 된 Na0.44MnO2의 SEM 현미경 사진.
(연구 및 사진: ©Shinde et al., 2019)

배터리 제조에서 나노 물질 처리를위한 Hielscher 산업용 초음파에 대해 자세히 알아보십시오!

초음파 나노 물질 가공의 장점 :

  • 고성능, 고효율
  • 정밀하게 제어 가능
  • 응용 프로그램에 맞게 조정 가능
  • 산업 등급
  • 선형으로 확장 가능
  • 쉽고 안전한 작동
  • 비용 효율적인

아래에서 나노 물질 가공의 다양한 초음파 구동 응용 분야를 찾을 수 있습니다.

나노 복합체의 초음파 합성

그래핀-SnO의 초음파 합성2 나노 복합체: Deosakar et al. (2013)의 연구팀은 그래핀-SnO2 나노 복합체를 제조하기 위해 초음파 보조 경로를 개발했습니다. 그들은 그래핀-SnO2 복합체의 합성 중 고출력 초음파에 의해 생성되는 캐비테이션 효과를 조사했습니다. 초음파 처리를 위해 그들은 Hielscher 초음파 장치를 사용했습니다. 결과는 초음파로 개선 된 SnO의 미세하고 균일 한 로딩을 보여줍니다2 그래핀 산화물과 SnCl 사이의 산화-환원 반응에 의한 그래핀 나노시트에2·2H2O, 기존 합성 방법에 비해.

Sonochemicallyly 합성된 SnO2-nanocomposite는 배터리의 음극 재료로 사용할 수 있습니다.

산화 그래핀과 SnO의 형성 과정을 보여주는 차트2– 그래 핀 나노 복합체.
(연구 및 사진: ©Deosakar et al., 2013)

에스노2– 그래 핀 나노 복합체는 새롭고 효과적인 초음파 보조 용액 기반 화학 합성 경로를 통해 성공적으로 제조되었으며 그래 핀 산화물은 SnCl에 의해 환원되었습니다.2 HCl이 있는 그래핀 시트에 TEM 분석은 SnO의 균일하고 미세한 하중을 보여줍니다.2 그래핀 나노시트에서. 초음파 조사의 사용으로 인해 생성 된 캐비테이션 효과는 산화 그래핀과 SnCl 사이의 산화-환원 반응 중에 그래 핀 나노 시트에 SnO2의 미세하고 균일 한 로딩을 강화하는 것으로 나타났습니다2·2H2O. 환원 된 그래 핀 나노 시트에서 SnO2 나노 입자 (3-5 nm)의 미세하고 균일 한 로딩이 강화되는 것은 초음파 조사에 의해 유도 된 캐비테이션 효과로 인한 향상된 핵 형성 및 용질 전달에 기인합니다. SnO의 미세하고 균일한 로딩2 그래핀 나노시트의 나노 입자도 TEM 분석에서 확인되었습니다. 합성된 SnO의 응용2– 리튬 이온 배터리의 음극 재료로서의 그래핀 나노복합체가 시연됩니다. SnO의 용량2– 그래 핀 나노 복합체 기반 리튬 배터리는 약 120 사이클 동안 안정적이며 배터리는 안정적인 충방전 반응을 반복 할 수 있습니다. (Deosakar et al., 2013)

초음파 합성을 통해 배터리 제조에 사용되는 고성능 나노 복합체를 제조할 수 있습니다.

SnO의 TEM 이미지2– 초음파 화학적 방법으로 제조 된 그래 핀 나노 복합체. 막대는 (A) 10nm, (B)에서 5nm를 나타냅니다.
(연구 및 사진: ©Deosakar et al., 2013)

고강도 초음파는 나노 물질 합성 및 기능화에 필수적인 기술입니다. 산업용 초음파 시스템은 매우 많은 양을 처리 할 수 있습니다.

모델의 4x 4000 와트 초음파가있는 산업용 혼합 시스템 UIP4000hdt 님 전극 화합물의 나노 물질 가공용.

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나노 입자를 배터리 슬러리에 초음파 분산

electode 구성 요소의 분산: Waser et al. (2011)는 인산철리튬(LiFePO)으로 전극을 준비했습니다.4). 슬러리에는 활물질로 LiFePO4, 전기 전도성 첨가제로 카본 블랙, N-메틸피롤리디논(NMP)에 용해된 폴리비닐리덴 플루오라이드가 바인더로 사용되었습니다. 전극에서 AM/CB/PVDF의 질량 비율(건조 후)은 83/8.5/8.5였습니다. 현탁액을 준비하기 위해, 모든 전극 성분을 초음파 교반기(UP200H, Hielscher 초음파)을 200W 및 24kHz에서 2분 동안 누릅니다.
LiFePO의 1차원 채널을 따라 낮은 전기 전도성 및 느린 리튬 이온 확산4 LiFePO를 내장하여 극복할 수 있습니다.4 전도성 매트릭스(예: 카본 블랙). 나노 크기의 입자와 코어-쉘 입자 구조가 전기 전도성을 향상시킴에 따라 초음파 분산 기술과 코어-쉘 입자의 초음파 화학 합성을 통해 배터리 응용 분야를 위한 우수한 나노 복합체를 생산할 수 있습니다.

리튬 철 인산염의 분산: Hagberg의 연구팀(Hagberg et al., 2018)은 초음파기 UP100H 리튬 철 인산염(LFP) 코팅 탄소 섬유로 구성된 구조용 양극 절차용. 탄소 섬유는 집전체 역할을 하는 연속적인 독립형 견인차이며 기계적 강성과 강도를 제공합니다. 최적의 성능을 위해 섬유는 개별적으로 코팅됩니다(예: 전기영동 증착 사용).
LFP, CB 및 PVDF로 구성된 혼합물의 다양한 중량 비율을 테스트했습니다. 이 혼합물은 탄소 섬유에 코팅되었습니다. 코팅 배스 조성물의 불균일 한 분포는 코팅 자체의 조성과 다를 수 있기 때문에, 차이를 최소화하기 위해 초음파에 의한 엄격한 교반이 사용됩니다.
그들은 입자가 코팅 전체에 상대적으로 잘 분산되어 있으며, 이는 계면 활성제 (Triton X-100)의 사용과 전기 영동 증착 전의 초음파 처리 단계에 기인한다고 지적했습니다.

초음파 분산은 전기 영동 증착 전에 LFP, CB 및 PVDF를 균질화하는 데 사용됩니다.

EPD 코팅 탄소 섬유의 단면 및 고배율 SEM 이미지. LFP, CB 및 PVDF의 혼합물을 사용하여 초음파로 균질화하였다. 초음파기 UP100H. 배율 : a) 0.8kx, b) 0.8kx, c) 1.5kx, d) 30kx.
(연구 및 사진: ©Hagberg et al., 2018)

LiNi의 분산0.5미네소타1.5O4 복합 음극 재료:
Vidal et al. (2013)은 LiNi에 대한 초음파 처리, 압력 및 재료 조성과 같은 처리 단계의 영향을 조사했습니다0.5미네소타1.5O4복합 음극.
LiNi를 갖는 양극 복합 전극0.5 미네소타1.5활물질로서의 O4 스피넬, 전극 전기 전도도를 높이기 위한 흑연과 카본 블랙의 혼합물, 폴리불화비닐덴오라이드(PVDF) 또는 전극을 구축하기 위한 소량의 테프론®(1wt%)과 PVDF의 혼합물. 그들은 닥터 블레이드 기술을 사용하여 알루미늄 호일에 테이프 주조로 집전체로 처리되었습니다. 또한, 구성 요소 혼합물은 초음파 처리되거나 그렇지 않았으며, 처리 된 전극은 후속 냉간 압착하에 압축되거나 압축되지 않았습니다. 두 가지 제형이 테스트되었습니다.
A-제형(테프론® 제외): 78wt% LiNi0.5 미네소타1.5영형4; 7.5 wt% 카본 블랙; 2.5 wt% 흑연; 12wt% PVDF
B-제형(테프론® 포함): 78wt% LiNi00.5미네소타1.5영형4; 7.5wt% 카본 블랙; 2.5 wt% 흑연; 11 중량% PVDF; 1 wt% 테프론®
두 경우 모두에서, 성분을 N-메틸피롤리디논(NMP)에 혼합 및 분산시켰다. 리니0.5 미네소타1.5O4 스피넬 (2g)은 이미 설정된 언급 된 비율의 다른 성분과 함께 NMP 11ml에 분산시켰다. 일부 특별한 경우에, 혼합물을 25 분 동안 초음파 처리 한 다음 실온에서 48 시간 동안 교반하였다. 다른 일부에서는, 혼합물을 실온에서 48 시간 동안, 즉 어떤 초음파 처리없이 교반하였다. 초음파 처리는 전극 성분의 균일한 분산을 촉진하고 얻어진 LNMS 전극은 더 균일하게 보입니다.
최대 17mg/cm2의 높은 무게를 가진 복합 전극을 리튬 이온 배터리용 양극으로 준비하고 연구했습니다. 테프론®을 추가하고 초음파 처리를 적용하면 알루미늄 호일에 잘 접착되는 균일 한 전극이 생성됩니다. 두 매개변수 모두 높은 속도(5C)로 배수되는 용량을 개선하는 데 기여합니다. 전극/알루미늄 어셈블리의 추가 다짐은 전극 속도 기능을 크게 향상시킵니다. 5C 속도에서 무게가 3-17mg/cm 범위인 전극에 대해 80%에서 90% 사이의 놀라운 용량 유지가 발견됩니다2, 그들의 제형에 테프론®을 가지고, 구성 성분 혼합물의 초음파 처리 후에 준비되고 2 톤 / cm 미만으로 압축됩니다2.
요약하면, 제형에 1 wt % 테프론®을 함유 한 전극, 2 톤 / cm2로 압축 및 2.7-17 mg / cm2 범위의 중량으로 초음파 처리 된 구성 성분 혼합물은 놀라운 속도 능력을 보여주었습니다. 5C의 고전류에서도 정규화 된 방전 용량은 이러한 모든 전극에 대해 80 %에서 90 % 사이였습니다. (Vidal et al., 2013 참조)

UIP100hdT는 배치 또는 플로우 스루 모드에서 산업용 나노 물질 처리를위한 1kW 벤치 탑 초음파입니다.

초음파 발생기 UIP1000hdT (1000W, 20kHz) 배치 또는 플로우 스루 모드의 나노 물질 가공용.

배터리 생산을 위한 고성능 초음파 분산기

Hielscher 초음파는 리튬 이온 배터리 (LIB), 나트륨 이온 배터리 (NIB) 및 기타 배터리 셀에 사용하기 위해 음극, 양극 및 전해질 재료를 처리하는 데 사용되는 고출력, 고성능 초음파 장비를 설계, 제조 및 유통합니다. Hielscher 초음파 시스템은 나노 복합 재료를 합성하고, 나노 입자를 기능화하고, 나노 물질을 균질하고 안정적인 현탁액으로 분산시키는 데 사용됩니다.
실험실에서 완전 산업 규모의 초음파 프로세서에 이르기까지 포트폴리오를 제공하는 Hielscher는 고성능 초음파 분산기 시장의 선두 주자입니다. 나노 물질 합성 및 크기 감소 분야에서 30 년 이상 일해 온 Hielscher 초음파는 초음파 나노 입자 가공에 대한 광범위한 경험을 가지고 있으며 시장에서 가장 강력하고 신뢰할 수있는 초음파 프로세서를 제공합니다. 독일 엔지니어링은 최첨단 기술과 견고한 품질을 제공합니다.
Hielscher 초음파기는 브라우저 제어를 통해 원격으로 제어 할 수 있습니다. 초음파 처리 매개 변수를 모니터링하고 공정 요구 사항에 맞게 정확하게 조정할 수 있습니다.고급 기술, 고성능 및 정교한 소프트웨어는 Hielscher 초음파를 전극 제조 공정에서 신뢰할 수있는 작업마로 바꿉니다. 모든 초음파 시스템은 독일 Teltow에 있는 본사에서 제조되고 품질 및 견고성 테스트를 거친 후 독일에서 전 세계에 유통됩니다.
Hielscher 초음파의 정교한 하드웨어 및 스마트 소프트웨어는 안정적인 작동, 재현 가능한 결과 및 사용자 친화성을 보장하도록 설계되었습니다. Hielscher 초음파기는 견고하고 성능이 일관되어 까다로운 환경에 설치하고 무거운 조건에서 작동 할 수 있습니다. 작동 설정은 직관적인 메뉴를 통해 쉽게 액세스하고 다이얼을 돌릴 수 있으며, 디지털 컬러 터치 디스플레이 및 브라우저 원격 제어를 통해 액세스할 수 있습니다. 따라서 순 에너지, 총 에너지, 진폭, 시간, 압력 및 온도와 같은 모든 처리 조건이 내장 SD 카드에 자동으로 기록됩니다. 이를 통해 이전의 초음파 처리 실행을 수정 및 비교하고 나노 물질 및 복합 물질의 합성, 기능화 및 분산을 최고 효율로 최적화 할 수 있습니다.
Hielscher 초음파 시스템은 나노 물질의 초음파 화학 합성에 전 세계적으로 사용되며 나노 입자를 안정적인 콜로이드 현탁액으로 분산시키는 데 신뢰할 수있는 것으로 입증되었습니다. Hielscher 산업용 초음파기는 지속적으로 높은 진폭을 실행할 수 있으며 24/7 작동을 위해 제작되었습니다. 최대 200μm의 진폭은 표준 소노트로드(초음파 프로브/혼)를 사용하여 쉽게 연속적으로 생성할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다.
초음파 화학 합성, 기능화, 나노 구조화 및 응집 해제를위한 Hielscher 초음파 프로세서는 이미 전 세계적으로 상업적 규모로 설치되어 있습니다. 배터리 제조를 위한 나노 물질과 관련된 공정 단계에 대해 논의하려면 지금 저희에게 연락하십시오! 경험이 풍부한 직원이 우수한 분산 결과, 고성능 초음파 시스템 및 가격에 대한 자세한 정보를 기꺼이 공유 할 것입니다!
초음파의 장점으로, 고급 전극 및 전해질 생산은 다른 전극 제조업체와 비교할 때 효율성, 단순성 및 저렴한 비용면에서 탁월합니다!

아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.

배치 볼륨(Batch Volume) 유량 권장 장치
1 내지 500mL 10 내지 200mL/분 업100H
10 내지 2000mL 20 내지 400mL/분 UP200HT, UP400ST
0.1 내지 20L 0.2 내지 4L/min UIP2000hdT 님
10에서 100L 2 내지 10L/min UIP4000hdt 님
N.A. 개시 10 내지 100L/min UIP16000
N.A. 개시 의 클러스터 UIP16000

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아래 양식을 사용하여 초음파 프로세서, 응용 프로그램 및 가격에 대한 추가 정보를 요청하십시오. 우리는 귀하와 귀하의 프로세스에 대해 논의하고 귀하의 요구 사항을 충족하는 초음파 시스템을 제공하게되어 기쁩니다!









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초음파 고전단 균질화기는 실험실, 벤치탑, 파일럿 및 산업 공정에 사용됩니다.

Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모에서 혼합 응용 분야, 분산, 유화 및 추출을위한 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다.



문헌 / 참고문헌


고성능 초음파! Hielscher의 제품 범위는 벤치 탑 장치의 소형 실험실 초음파기에서 전체 산업용 초음파 시스템에 이르기까지 전체 스펙트럼을 포괄합니다.

Hielscher 초음파는 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다. 받는 사람 산업 규모.

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