Sonochemical Synthese vun Elektroden Material fir Batterie Produktioun

An der Produktioun vun héich-Leeschtungsfähegkeet Batterie Zellen, nanostrukturéiert Materialien an Nanocomposites spillen eng wichteg Roll déi super elektresch Leit, méi héich Stockage Dicht, héich Kapazitéit an Zouverlässegkeet. Fir voll Funktionalitéite vun Nanomaterialien z'erreechen, mussen Nanopartikelen individuell verspreet oder exfoliéiert ginn a kënne weider Veraarbechtungsschrëtt wéi Funktionaliséierung brauchen. Ultraschall Nano-Veraarbechtung ass déi super, effizient an zouverlässeg Technik fir héich performant Nanomaterialien an Nanokomposite fir fortgeschratt Batterieproduktioun ze produzéieren.

Ultrasonic Dispersioun vun elektrochemesch aktive Materialien an Elektroden Schläim

Nanomaterialien ginn als innovativ Elektrodenmaterialien benotzt, wat zu wesentlech verbessert Leeschtung vun nofëllbaren Batterien gefouert huet. Iwwerwannen Agglomeratioun, Aggregatioun a Phase Trennung ass entscheedend fir d'Virbereedung vu Schlamm fir Elektroden Fabrikatioun, besonnesch wann Nano-Gréisst Material involvéiert sinn. Nanomaterialien erhéijen d'aktiv Uewerfläch vun Batterieelektroden, wat et hinnen erlaabt méi Energie während Opluedzyklen opzehuelen an hir Gesamtenergiespäicherkapazitéit ze erhéijen. Fir de vollen Avantage vun Nanomaterialien ze kréien, mussen dës Nano-strukturéiert Partikel entwéckelt ginn a verdeelt sech als getrennte Partikelen an der Elektrodenschlamm. Ultrasonic Dispergéierungstechnologie liwwert fokusséiert High-Shear (sonomechnesch) Kräfte wéi och sonochemesch Energie, wat zu atomesche Niveau Vermëschung a Komplexatioun vun Nano-Gréisst Material féiert.
Nano-Partikel wéi Graphen, Kuelestoff Nanotubes (CNTs), Metaller, a rare Äerdmineraler musse gläichméisseg an eng stabil Schläim verdeelt ginn fir héich funktionell Elektrodenmaterialien ze kréien.
Zum Beispill, Graphen an CNTs si bekannt fir d'Batteriezellleistung ze verbesseren, awer d'Partikelagglomeratioun muss iwwerwonne ginn. Dëst bedeit datt eng héich performant Dispersiounstechnik, déi fäeg ass Nanomaterialien a méiglecherweis héich Viskositéiten ze veraarbechten, absolut erfuerderlech ass. Sonde-Typ Ultraschaller sinn déi héich performant Dispergéierungsmethod, déi Nanomaterialien och bei héije festen Lasten zouverlässeg an effizient veraarbecht kënne ginn.

Firwat ass Sonication déi Superior Technik fir Nanomaterial Veraarbechtung?

Wann aner Dispergéierungs- a Vermëschungstechniken wéi Héichschéiermixer, Perlemillen oder Héichdrockhomogenisatoren op hir Grenzen kommen, ass Ultraschall d'Method déi sech fir d'Mikron- an Nano-Partikelveraarbechtung erausstécht.
Héichkraaft Ultraschall an déi ultraschall generéiert akustesch Kavitatioun bidden eenzegaarteg Energiebedéngungen an extremer Energiedicht, déi et erlaabt Nanomaterialien ze deagglomeréieren oder ze exfoliéieren, fir se ze funktionaliséieren, d'Nanostrukturen an Bottom-up Prozesser ze synthetiséieren an héich performant Nanokomposite virzebereeden.
Zënter Hielscher Ultraschaller erlaben déi präzis Kontroll vun de wichtegsten Ultraschallveraarbechtungsparameter wéi Intensitéit (Ws / ml), Amplitude (µm), Temperatur (ºC / ºF) an Drock (Bar), kënnen d'Veraarbechtungsbedéngungen individuell op optimal Astellungen ofgestëmmt ginn. all Material a Prozess. Doduerch sinn Ultraschall-Disperger ganz villsäiteg a kënne fir vill Uwendungen benotzt ginn, zB CNT-Dispersioun, Graphene-Peeling, sonochemesch Synthese vu Kär Shellpartikelen oder Funktionaliséierung vu Silizium Nanopartikelen.

SEM micrographs vun sonochemically preparéiert Na0.44MnO2 vun calcination bei 900 ° C fir 2 h.
(Studie a Bild: © Shinde et al., 2019)

Léiert méi iwwer Hielscher industriell Ultraschaller fir Nanomaterialveraarbechtung an der Batteriefabrikatioun!

Hei ënnen fannt Dir verschidde ultraschall-ugedriwwen Uwendungen vun der Nanomaterialveraarbechtung:

Ultraschall Synthese vun Nanocomposites

Ultraschall Synthese vu Graphen-SnO₂ Nanokomposit: D'Fuerschungsteam vun Deosakar et al. (2013) en Ultraschall-assistéiert Wee entwéckelt fir e Graphen-SnO2 Nanokomposit ze preparéieren. Si ënnersicht d'Kavitational Effekter generéiert duerch High-Power Ultraschall während der Synthese vu Graphene-SnO2 Komposit. Fir Sonikatioun hunn se en Hielscher Ultrasonics Apparat benotzt. D'Resultater weisen eng ultraschall verbessert fein an eenheetlech Belaaschtung vu SnO₂ op graphene Nanosheets duerch Oxidatioun-Reduktioun Reaktioun tëscht graphene Oxid an SnCl₂·2H₂O am Verglach mat konventionelle Synthesemethoden.

Diagramm weist de Bildungsprozess vu Graphenoxid a SnO₂- Graphen Nanokomposit.
(Studie a Biller: ©Deosakar et al., 2013)

SnO₂-graphene Nanocomposite gouf erfollegräich duerch eng nei an effektiv Ultraschall assistéiert Léisung-baséiert chemesch Synthese Wee virbereet a Graphenoxid gouf vum SnCl reduzéiert₂ zu graphene Blieder an der Presenz vun HCl. TEM Analyse weist d'uniform a fein Belaaschtung vu SnO₂ an graphene Nanosheets. D'Kavitational Effekter, déi duerch d'Benotzung vun Ultraschallbestralungen produzéiert goufen, goufen gewisen fir déi fein an eenheetlech Belaaschtung vu SnO2 op Graphen Nanosheeten während der Oxidatioun-Reduktiounsreaktioun tëscht Graphenoxid a SnCl ze verstäerken.₂·2H₂O. D'verstäerkt fein an eenheetlech Belaaschtung vun SnO2 Nanopartikelen (3-5 nm) op reduzéierter Graphen Nanosheets gëtt zu der verstäerkter Nukleatioun an der Soluttransfer wéinst der Kavitatiounseffekt, déi duerch Ultraschallbestralung induzéiert gëtt, zougeschriwwen. Fein an eenheetlech Luede vun SnO₂ Nanopartikel op graphene Nanosheets gouf och vun der TEM Analyse bestätegt. D'Applikatioun vu synthetiséierte SnO₂-graphene Nanokomposit als Anodematerial a Lithium-Ionbatterien gëtt bewisen. D'Kapazitéit vun SnO₂-graphene Nanocomposite baséiert Li-Batterie ass stabil fir ongeféier 120 Zyklen, an d'Batterie konnt eng stabil Ladung-Entladungsreaktioun widderhuelen. (Deosakar et al., 2013)

TEM Bild vun SnO₂-graphene Nano-Komposit virbereet duerch sonochemical Method. Bar weist op (A) 10nm, bei (B) bei 5nm.
(Studie a Biller: ©Deosakar et al., 2013)

Ultraschall Dispersioun vun Nanopartikelen an Batterie Schläim

Dispersioun vun Elektroden Komponenten: Wasser et al. (2011) virbereet Elektroden mat Lithium Eisenphosphat (LiFePO₄). De Schlamm enthält LiFePO4 als aktiv Material, Kueleschwarz als elektresch leidend Additiv, Polyvinylidenfluorid opgeléist an N-Methylpyrrolidinon (NMP) gouf als Bindemëttel benotzt. D'Massverhältnis (no der Trocknung) vun AM/CB/PVDF an den Elektroden war 83/8,5/8,5. Fir d'Suspensionen ze preparéieren, goufen all Elektrodenbestanddeeler an NMP mat engem Ultraschallrührer gemëscht (UP200H, Hielscher Ultrasonics) fir 2 min bei 200 W an 24 kHz.
Niddereg elektresch Konduktivitéit a lues Li-Ion Diffusioun laanscht déi eendimensional Kanäl vu LiFePO₄ kann iwwerwonne ginn andeems Dir LiFePO integréiert₄ an enger konduktiver Matrix, zB Kueleschwarz. Als Nano-Gréisst Partikelen a Kär-Shell-Partikelstrukturen verbesseren d'elektresch Konduktivitéit, d'Ultraschall-Dispersiounstechnologie a sonochemesch Synthese vu Kär-Shell-Partikelen erlaben superior Nanokomposite fir Batterieapplikatiounen ze produzéieren.

Dispersioun vu Lithium Eisenphosphat: D'Fuerschungsteam vum Hagberg (Hagberg et al., 2018) benotzt den Ultraschall UP100H fir d'Prozedur vun strukturell positiv Elektroden besteet aus Lithium Eisen phosphate (LFP) Beschichtete Kuelestoff Faseren. D'Kuelestofffaser sinn kontinuéierlech, selbststänneg Seel, déi als aktuell Sammler handelen a mechanesch Steifheit a Kraaft ubidden. Fir optimal Leeschtung sinn d'Faseren individuell beschichtet, zB mat elektrophoreteschen Oflagerung.
Verschidde Gewiichtsverhältnisser vu Mëschunge besteet aus LFP, CB a PVDF goufen getest. Dës Mëschunge goufen op Kuelestofffaser beschichtet. Zënter inhomogene Verdeelung an de Beschichtungsbadkompositioune kéint vun der Zesummesetzung an der Beschichtung selwer ënnerscheeden, gëtt strikt Rühren duerch Ultraschall benotzt fir den Ënnerscheed ze minimiséieren.
Si bemierken datt d'Partikel relativ gutt duerch d'Beschichtung verdeelt sinn, déi un d'Benotzung vum Surfaktant (Triton X-100) an den Ultraschallschrëtt virum elektrophoreteschen Oflagerung zougeschriwwen ass.

Querschnitt an héich Vergréisserung SEM Biller vun EPD Beschichtete Kuelestoff Faseren. D'Mëschung aus LFP, CB an PVDF war ultraschall homogenized benotzt Ultraschall UP100H. Vergréisserungen: a) 0,8kx, b) 0,8kx, c) 1,5kx, d) 30kx.
(Studie a Bild: ©Hagberg et al., 2018)

Dispersioun vu LiNi_0.5Mn_1.5O₄ Komposit Kathode Material:
Vidal et al. (2013) ënnersicht den Afloss vun Veraarbechtung Schrëtt wéi sonication, Drock a Material Zesummesetzung fir LiNi_0.5Mn_1.5O₄Komposit Katoden.
Positiv Komposit Elektroden mat LiNi_0.5 Mn_1.5O4 Spinel als aktiv Material, eng Mëschung aus Grafit a Kuelestoff fir d'Erhéijung vun der Elektroden elektresch Konduktivitéit an entweder Polyvinyldenfluorid (PVDF) oder eng Mëschung aus PVDF mat enger klenger Quantitéit Teflon® (1 wt%) fir d'Elektrode opzebauen. Si goufen duerch Bandgoss op eng Aluminiumfolie als Stroumkollektor mat der Doktorblade Technik veraarbecht. Zousätzlech goufen d'Komponentemëschungen entweder sonicéiert oder net, an d'veraarbechte Elektroden goufen kompaktéiert oder net ënner spéider Kältepressen. Zwee Formuléierungen goufen getest:
A-Formuléierung (ouni Teflon®): 78 wt% LiNi_0.5 Mn_1.5o4; 7,5 wt% Kuelestoff schwaarz; 2,5 gew.% Graphit; 12 gew.% PVDF
B-Formuléierung (mat Teflon®): 78wt% LiNi0_0.5Mn_1.5o4; 7,5 wt% Kuelestoff schwaarz; 2,5 gew.% Graphit; 11 gew.% PVDF; 1 gew.% Teflon®
A béide Fäll goufen d'Komponente gemëscht an an N-Methylpyrrolidinon (NMP) verspreet. LiNi_0.5 Mn_1.5O4 Spinel (2g) zesumme mat den anere Komponenten an den ernimmten Prozentzuelen, déi scho opgestallt goufen, gouf an 11 ml NMP verdeelt. A bestëmmte Fäll gouf d'Mëschung sonicated fir 25 min an dann bei Raumtemperatur fir 48 h geréiert. An e puer anerer gouf d'Mëschung just bei Raumtemperatur fir 48 Stonnen gerührt, also ouni Sonikatioun. D'Sonication Behandlung fördert eng homogen Dispersioun vun den Elektrodenkomponenten an d'LNMS-Elektrode kritt méi eenheetlech.
Composites Elektroden mat héijer Gewiicht, bis zu 17mg / cm2, goufen als positiv Elektroden fir Lithium-Ion Batterien virbereet a studéiert. D'Zousatz vun Teflon® an d'Applikatioun vun der Sonikatiounsbehandlung féieren zu eenheetleche Elektroden, déi gutt an d'Aluminiumfolie befestegt sinn. Béid Parameter bäidroe fir d'Kapazitéit ze verbesseren, déi bei héijen Tariffer (5C) drainéiert gëtt. Zousätzlech Verdichtung vun den Elektroden / Aluminiumversammlungen verbessert bemierkenswäert d'Elektrodenratefäegkeeten. Bei 5C Taux gi bemierkenswäert Kapazitéitbehälter tëscht 80% an 90% fir Elektroden mat Gewiichter am Beräich 3-17mg/cm fonnt.², mat Teflon® an hirer Formuléierung, virbereet no Sonikatioun vun hire Komponentmëschungen a kompaktéiert ënner 2 Tonnen / cm².
Zesummegefaasst, Elektroden mat 1 wt% Teflon® an hirer Formuléierung, hir Komponentmëschungen, déi eng Sonikatiounsbehandlung ënnerworf goufen, kompaktéiert bei 2 Tonnen / cm2 a mat Gewiichter am Beräich 2.7-17 mg / cm2 hunn eng bemierkenswäert Geschwindegkeetsfäegkeet gewisen. Och beim héije Stroum vu 5C war déi normaliséiert Entladungskapazitéit tëscht 80% an 90% fir all dës Elektroden. (cf. Vidal et al., 2013)

High-Performance Ultrasonic Dispersers fir Batterieproduktioun

Hielscher Ultrasonics designt, fabrizéiert a verdeelt High-Power, High-Performance Ultrasonic Ausrüstung, déi benotzt gëtt fir Kathode-, Anode- an Elektrolytmaterialien ze verarbeiten fir ze benotzen an Lithium-Ion Batterien (LIB), Natrium-Ion Batterien (NIB), an aner. Batterie Zellen. Hielscher Ultraschallsystemer ginn benotzt fir Nanokomposite ze synthetiséieren, Nanopartikelen ze funktionnéieren an Nanomaterialien an homogene, stabile Suspensioune ze verdeelen.
Bitt e Portfolio vu Labo bis voll industriell Skala Ultraschallprozessoren, Hielscher ass de Maart Leader fir High-Performance Ultraschall-Disperger. Schafft zënter méi wéi 30 Joer am Beräich vun der Nanomaterial Synthese a Gréisst Reduktioun, Hielscher Ultrasonics huet extensiv Erfahrung an der Ultraschall Nanopartikelveraarbechtung a bitt déi mächtegst an zouverléisseg Ultraschallprozessoren um Maart. Däitsch Ingenieur bitt modernste Technologie a robust Qualitéit.
Fortgeschratt Technologie, High-Performance a sophistikéiert Software verwandelen Hielscher Ultraschaller an zouverléisseg Aarbechtspäerd an Ärem Elektrodenfabrikatiounsprozess. All Ultraschallsystemer ginn am Sëtz zu Teltow, Däitschland hiergestallt, fir Qualitéit a Robustheet getest a ginn dann aus Däitschland iwwerall op der Welt verdeelt.
Déi raffinéiert Hardware a Smart Software vun Hielscher Ultraschaller sinn entwéckelt fir zouverlässeg Operatioun, reproduzéierbar Resultater wéi och Benotzerfrëndlechkeet ze garantéieren. D'Hielscher Ultraschaller si robust a konsequent an der Leeschtung, wat et erlaabt se an erfuerderlech Ëmfeld z'installéieren an se ënner schwéiere Bedéngungen ze bedreiwen. Operationell Astellunge kënnen einfach zougänglech a geruff ginn iwwer intuitiv Menü, déi iwwer digital Faarf Touch-Display a Browser Fernsteierung zougänglech sinn. Dofir ginn all Veraarbechtungsbedéngungen wéi Nettoenergie, Gesamtenergie, Amplitude, Zäit, Drock an Temperatur automatesch op enger agebauter SD-Kaart opgeholl. Dëst erlaabt Iech virdru Sonikatiounsläufe z'iwwerschaffen an ze vergläichen an d'Synthese, d'Funktionalitéit an d'Dispersioun vun Nanomaterialien a Kompositen op héchst Effizienz ze optimiséieren.
Hielscher Ultrasonics Systemer ginn weltwäit fir sonochemesch Synthese vun Nanomaterialien benotzt a si bewisen als zouverléisseg fir d'Dispersioun vun Nanopartikelen a stabile kolloidal Suspensioune. Hielscher industriell Ultraschaller kënnen kontinuéierlech héich Amplituden lafen a si fir 24/7 Operatioun gebaut. Amplituden vu bis zu 200µm kënne ganz einfach kontinuéierlech generéiert ginn mat Standard Sonotroden (ultrasonic Sonden / Horn). Fir nach méi héich Amplituden sinn personaliséiert Ultraschall Sonotroden verfügbar.
Hielscher Ultraschallprozessoren fir sonochemesch Synthese, Funktionaliséierung, Nanostrukturéierung an Deagglomeratioun si scho weltwäit op kommerziell Skala installéiert. Kontaktéiert eis elo fir Äre Prozess Schrëtt mat Nanomaterialien fir Batterie Fabrikatioun ze diskutéieren! Eis gutt erfuerene Mataarbechter wäerte frou sinn méi Informatiounen iwwer super Dispersiounsresultater, héich performant Ultraschallsystemer a Präisser ze deelen!
Mat dem Virdeel vun der Ultraschall, wäert Är fortgeschratt Elektroden an Elektrolytproduktioun an Effizienz, Einfachheet an niddrege Käschten exceléieren am Verglach mat aneren Elektroden Hiersteller!

D'Tabell hei drënner gëtt Iech eng Indikatioun vun der geschätzter Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschaller: