Elektrodu materiālu sonoķīmiskā sintēze akumulatoru ražošanai

Augstas veiktspējas akumulatoru elementu ražošanā nanostrukturētiem materiāliem un nanokompozītiem ir svarīga loma, nodrošinot izcilu elektrovadītspēju, lielāku uzglabāšanas blīvumu, lielu ietilpību un uzticamību. Lai sasniegtu nanomateriālu pilnīgu funkcionalitāti, nanodaļiņām jābūt atsevišķi izkliedētām vai lobītām, un tām var būt nepieciešami turpmāki apstrādes pasākumi, piemēram, funkcionalizācija. Ultraskaņas nanoapstrāde ir izcilā, efektīva un uzticama metode, lai ražotu augstas veiktspējas nanomateriālus un nanokompozītus uzlabotai akumulatoru ražošanai.

Elektroķīmiski aktīvo materiālu ultraskaņas dispersija elektrodu vircās

Nanomateriāli tiek izmantoti kā novatoriski elektrodu materiāli, kas ievērojami uzlaboja atkārtoti uzlādējamo akumulatoru veiktspēju. Aglomerācijas, agregācijas un fāzu atdalīšanas pārvarēšanai ir izšķiroša nozīme vircas sagatavošanā elektrodu ražošanai, jo īpaši, ja ir iesaistīti nanoizmēra materiāli. Nanomateriāli palielina akumulatora elektrodu aktīvo virsmas laukumu, kas ļauj tiem absorbēt vairāk enerģijas uzlādes ciklu laikā un palielināt to kopējo enerģijas uzglabāšanas spēju. Lai pilnībā izmantotu nanomateriālu priekšrocības, šīm nanostrukturētajām daļiņām jābūt atsaistītām un sadalītām kā atsevišķām daļiņām elektrodu vircā. Ultraskaņas izkliedēšanas tehnoloģija nodrošina koncentrētus augstas bīdes (sonomechnical) spēkus, kā arī sonochemical enerģiju, kas noved pie atomu līmeņa sajaukšanas un nano izmēra materiālu kompleksošanās.
Nanodaļiņas, piemēram, grafēns, oglekļa nanocaurulītes (CNT), metāli un retzemju minerāli, ir vienmērīgi jāizkliedē stabilā vircā, lai iegūtu ļoti funkcionālus elektrodu materiālus.
Piemēram, ir labi zināms, ka grafēns un CNT uzlabo akumulatora elementu veiktspēju, taču ir jāpārvar daļiņu aglomerācija. Tas nozīmē, ka ir absolūti nepieciešama augstas veiktspējas dispersijas tehnika, kas spēj apstrādāt nanomateriālus un, iespējams, augstu viskozitāti. Zondes tipa ultrasonikatori ir augstas veiktspējas izkliedēšanas metode, kas var droši un efektīvi apstrādāt nanomateriālus pat pie lielām cietām slodzēm.

Kāpēc ultraskaņas apstrāde ir augstākā metode nanomateriālu apstrādei?

Kad citas izkliedēšanas un sajaukšanas metodes, piemēram, augstas bīdes maisītāji, lodīšu dzirnavas vai augstspiediena homogenizatori, nonāk pie to robežām, ultrasonication ir metode, kas izceļas ar mikronu un nanodaļiņu apstrādi.
Lieljaudas ultraskaņa un ultrasoniski radītā akustiskā kavitācija nodrošina unikālus enerģijas apstākļus un ārkārtēju enerģijas blīvumu, kas ļauj deagglomerēt vai pīlinga nanomateriālus, funkcionalizēt tos, sintezēt nanostruktūras augšupējos procesos un sagatavot augstas veiktspējas nanokompozītus.
Tā kā Hielscher ultrasonikatori ļauj precīzi kontrolēt svarīgākos ultraskaņas apstrādes parametrus, piemēram, intensitāti (Ws / ml), amplitūdu (μm), temperatūru (º C / ºF) un spiedienu (bar), apstrādes apstākļus var individuāli pielāgot optimāliem iestatījumiem katram materiālam un procesam. Tādējādi ultraskaņas izkliedētāji ir ļoti daudzpusīgi un tos var izmantot daudziem lietojumiem, piemēram, CNT dispersijai, grafēna pīlingam, kodola apvalka daļiņu sonoķīmiskai sintēzei vai silīcija nanodaļiņu funkcionalizācijai.

SEM mikrografi ar sonoķīmiski sagatavotu Na0.44MnO2, kalcinējot 900°C temperatūrā 2 stundas.
(Pētījums un attēls: ©Shinde et al., 2019)

Uzziniet vairāk par Hielscher rūpnieciskajiem ultrasonikatoriem nanomateriālu apstrādei akumulatoru ražošanā!

Zemāk jūs varat atrast dažādus ultraskaņas virzītus nanomateriālu apstrādes lietojumus:

Nanokompozītu ultraskaņas sintēze

Grafēna–SnO ultraskaņas sintēze₂ nanokompozīts: (2013) pētnieku komanda izstrādāja ultrasoniski atbalstītu maršrutu, lai sagatavotu grafēna–SnO2 nanokompozītu. Viņi pētīja kavitācijas efektus, ko rada lieljaudas ultraskaņa grafēna–SnO2 kompozītmateriāla sintēzes laikā. Ultraskaņas apstrādei viņi izmantoja Hielscher Ultrasonics ierīci. Rezultāti liecina par ultrasoniski uzlabotu smalku un vienmērīgu SnO iekraušanu₂ uz grafēna nanolapām ar oksidācijas–reducēšanas reakciju starp grafēna oksīdu un SnCl₂·2H₂O, salīdzinot ar parastajām sintēzes metodēm.

Diagramma, kas parāda grafēna oksīda un SnO veidošanās procesu₂–grafēna nanokompozīts.
(Pētījums un attēli: ©Deosakar et al., 2013)

SnO₂–grafēna nanokompozīts ir veiksmīgi sagatavots, izmantojot jaunu un efektīvu ultraskaņas risinājumu balstītu ķīmiskās sintēzes ceļu, un SnCl samazināja grafēna oksīdu₂ uz grafēna loksnēm HCl klātbūtnē. TEM analīze parāda vienmērīgu un smalku SnO iekraušanu₂ grafēna nanolapās. Ir pierādīts, ka kavitācijas efekti, kas rodas, izmantojot ultraskaņas apstarošanu, pastiprina smalku un vienmērīgu SnO2 slodzi uz grafēna nanoloksnēm oksidācijas-reducēšanas reakcijas laikā starp grafēna oksīdu un SnCl₂·2H₂O. Pastiprināta smalka un vienmērīga SnO2 nanodaļiņu (3–5 nm) slodze uz samazinātām grafēna nanoloksnēm ir saistīta ar uzlabotu nukleāciju un izšķīdušo pārnesi kavitācijas efekta dēļ, ko izraisa ultraskaņas apstarošana. Smalka un vienmērīga SnO iekraušana₂ nanodaļiņas uz grafēna nanolapām tika apstiprinātas arī TEM analīzēs. Sintezēta SnO pielietojums₂–tiek demonstrēts grafēna nanokompozīts kā anoda materiāls litija jonu baterijās. SnO jauda₂–grafēna nanokompozīta bāzes Li-akumulators ir stabils aptuveni 120 cikliem, un akumulators var atkārtot stabilu uzlādes–izlādes reakciju. (Deosakar et al., 2013)

SnO TEM attēls₂–grafēna nanokompozīts, kas sagatavots ar sonoķīmisko metodi. Bārs norāda pie (A) 10nm , pie (B) pie 5nm.
(Pētījums un attēli: ©Deosakar et al., 2013)

Nanodaļiņu ultraskaņas dispersija akumulatoru vircās

Elektora komponenšu izkliede: (2011) sagatavoti elektrodi ar litija dzelzs fosfātu (LiFePO₄). Virca saturēja LiFePO4 kā aktīvo materiālu, oglekli kā elektriski vadošu piedevu, kā saistvielu izmantoja polivinilidēna fluorīdu, kas izšķīdināts N-metilpirolidononā (NMP). AM/CB/PVDF masas attiecība (pēc žāvēšanas) elektrodos bija 83/8,5/8,5. Lai sagatavotu suspensijas, visas elektrodu sastāvdaļas tika sajauktas NMP ar ultraskaņas maisītāju (UP200H, Hielscher Ultrasonics) 2 minūtes pie 200 W un 24 kHz.
Zema elektriskā vadītspēja un lēna Li-jonu difūzija pa LiFePO viendimensiju kanāliem₄ var pārvarēt, iegulstot LiFePO₄ vadošā matricā, piemēram, ogleklis. Tā kā nano izmēra daļiņas un kodola apvalka daļiņu struktūras uzlabo elektrisko vadītspēju, ultraskaņas dispersijas tehnoloģija un kodola apvalka daļiņu sonoķīmiskā sintēze ļauj ražot izcilus nanokompozītus akumulatoru lietojumiem.

Litija dzelzs fosfāta dispersija: Hagberga pētnieku grupa (Hagberg et al., 2018) izmantoja ultrasonicator UP100H strukturālā pozitīvā elektroda procedūrai, kas sastāv no oglekļa šķiedrām, kas pārklātas ar litija dzelzs fosfātu (LFP). Oglekļa šķiedras ir nepārtrauktas, patstāvīgas tauvas, kas darbojas kā strāvas kolektori un nodrošinās mehānisku stingrību un izturību. Lai nodrošinātu optimālu veiktspēju, šķiedras tiek pārklātas atsevišķi, piemēram, izmantojot elektroforēzes nogulsnēšanu.
Tika pārbaudītas dažādas maisījumu svara attiecības, kas sastāv no LFP, CB un PVDF. Šie maisījumi tika pārklāti ar oglekļa šķiedrām. Tā kā nehomogēns sadalījums pārklājuma vannas kompozīcijās var atšķirties no paša pārklājuma sastāva, lai samazinātu atšķirību, tiek izmantota stingra maisīšana ar ultrasonication.
Viņi atzīmēja, ka daļiņas ir samērā labi izkliedētas visā pārklājumā, kas ir saistīts ar virsmaktīvās vielas (Triton X-100) izmantošanu un ultrasonikācijas soli pirms elektroforēzes nogulsnēšanas.

Šķērsgriezuma un liela palielinājuma SEM attēli no oglekļa šķiedrām, kas pārklātas ar EPD. LFP, CB un PVDF maisījums tika ultrasoniski homogenizēts, izmantojot ultrasonicator UP100H. Palielinājumi: a) 0,8kx, b) 0,8kx, c) 1,5kx, d) 30kx.
(Pētījums un attēls: ©Hagberg et al., 2018)

LiNi izkliede_0.5Mn_1.5O₄ kompozītmateriālu katoda materiāls:
(2013) pētīja tādu apstrādes soļu ietekmi kā ultraskaņas apstrāde, spiediens un materiāla sastāvs LiNi_0.5Mn_1.5O₄kompozītmateriālu katodi.
Pozitīvi kompozītmateriālu elektrodi ar LiNi_0.5 Mn_1.5O4 spinels kā aktīvais materiāls, grafīta un oglekļa maisījums elektrodu elektriskās vadītspējas palielināšanai un vai nu polivinildenefluorīds (PVDF), vai PVDF maisījums ar nelielu daudzumu teflona® (1 masas%) elektroda veidošanai. Tie ir apstrādāti ar lentes liešanu uz alumīnija folijas kā pašreizējais kolektors, izmantojot ārsta asmens tehniku. Turklāt komponentu maisījumi tika apstrādāti ar ultraskaņu vai nē, un apstrādātie elektrodi tika saspiesti vai netika pakļauti turpmākai aukstai presēšanai. Ir pārbaudīti divi preparāti:
A-preparāts (bez teflona®): 78 masas% LiNi_0.5 Mn_1.5O4; 7,5 masas% oglekļa; 2,5 masas% grafīts; 12 masas% PVDF
B-preparāts (ar teflonu®): 78 masas% LiNi0_0.5Mn_1.5O4; 7,5 masas% oglekļa; 2,5 masas% grafīts; 11 masas% PVDF; 1 masas% teflons®
Abos gadījumos komponenti tika sajaukti un disperģēti N-metilpirolidononā (NMP). LiNi_0.5 Mn_1.5O4 spinels (2g) kopā ar citiem komponentiem minētajos procentos jau bija disperģēts 11 ml NMP. Dažos īpašos gadījumos maisījums tika apstrādāts ar ultraskaņu 25 minūtes un pēc tam maisīts istabas temperatūrā 48 stundas. Dažos citos gadījumos maisījums tika sajaukts istabas temperatūrā 48 stundas, t.i. bez ultraskaņas apstrādes. Ultraskaņas apstrāde veicina elektrodu komponentu viendabīgu izkliedi, un iegūtais LNMS elektrods izskatās vienveidīgāks.
Kompozītu elektrodi ar lielu svaru, līdz 17mg/cm2, tika sagatavoti un pētīti kā pozitīvi elektrodi litija jonu baterijām. Teflona® pievienošana un ultraskaņas apstrādes pielietošana noved pie vienādiem elektrodiem, kas ir labi piestiprināti pie alumīnija folijas. Abi parametri palīdz uzlabot jaudu, kas tiek iztukšota lielā ātrumā (5C). Elektrodu/alumīnija mezglu papildu blīvēšana ievērojami uzlabo elektrodu ātruma iespējas. Pie 5C ātruma ievērojama jaudas aizture no 80% līdz 90% tiek konstatēta elektrodiem, kuru svars ir robežās no 3-17mg/cm², kuru sastāvā ir teflons®, kas sagatavots pēc to sastāvdaļu maisījumu ultraskaņas apstrādes un saspiests ar precizitāti līdz 2 tonnām/cm².
Kopumā elektrodi, kuru sastāvā ir 1 masas% teflona®, to sastāvdaļu maisījumi, kas pakļauti apstrādei ar ultraskaņu, saspiesti ar 2 tonnām / cm2 un ar svariem diapazonā no 2,7 līdz 17 mg / cm2, parādīja ievērojamu ātruma spēju. Pat pie lielas 5C strāvas normalizētā izlādes jauda visiem šiem elektrodiem bija no 80% līdz 90%. (sal.: Vidal et al., 2013)

Augstas veiktspējas ultraskaņas izkliedētāji akumulatoru ražošanai

Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata lieljaudas, augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtas, ko izmanto, lai apstrādātu katoda, anoda un elektrolītu materiālus, ko izmanto litija jonu akumulatoros (LIB), nātrija jonu akumulatoros (NIB) un citos akumulatora elementos. Hielscher ultraskaņas sistēmas tiek izmantotas, lai sintezētu nanokompozītus, funkcionalizētu nanodaļiņas un izkliedētu nanomateriālus viendabīgās, stabilās suspensijās.
Piedāvājot portfeli no laboratorijas līdz pilnībā rūpnieciskiem ultraskaņas procesoriem, Hielscher ir tirgus līderis augstas veiktspējas ultraskaņas izkliedētājiem. Strādājot vairāk nekā 30 gadus nanomateriālu sintēzes un izmēru samazināšanas jomā, Hielscher Ultrasonics ir plaša pieredze ultraskaņas nanodaļiņu apstrādē un piedāvā visspēcīgākos un uzticamākos ultraskaņas procesorus tirgū. Vācu inženierija nodrošina vismodernākās tehnoloģijas un stabilu kvalitāti.
Progresīvas tehnoloģijas, augstas veiktspējas un sarežģīta programmatūra pārvērš Hielscher ultrasonikatorus par uzticamiem darba zirgiem jūsu elektrodu ražošanas procesā. Visas ultraskaņas sistēmas tiek ražotas galvenajā mītnē Teltovā, Vācijā, pārbaudītas attiecībā uz kvalitāti un izturību, un pēc tam tiek izplatītas no Vācijas visā pasaulē.
Hielscher ultrasonikatoru izsmalcinātā aparatūra un viedā programmatūra ir izstrādāta, lai garantētu uzticamu darbību, reproducējamus rezultātus, kā arī lietotājdraudzīgumu. Hielscher ultrasonikatori ir izturīgi un konsekventi veiktspējā, kas ļauj tos uzstādīt prasīgā vidē un darbināt tos lieljaudas apstākļos. Darbības iestatījumiem var viegli piekļūt un tos var izsaukt, izmantojot intuitīvu izvēlni, kurai var piekļūt, izmantojot digitālo krāsu skārienekrānu un pārlūkprogrammas tālvadības pulti. Tāpēc visi apstrādes apstākļi, piemēram, neto enerģija, kopējā enerģija, amplitūda, laiks, spiediens un temperatūra, tiek automātiski ierakstīti iebūvētajā SD kartē. Tas ļauj pārskatīt un salīdzināt iepriekšējos ultraskaņas braucienus un optimizēt nanomateriālu un kompozītu sintēzi, funkcionalizāciju un dispersiju līdz augstākajai efektivitātei.
Hielscher Ultrasonics sistēmas tiek izmantotas visā pasaulē nanomateriālu sonoķīmiskai sintēzei, un ir pierādīts, ka tās ir uzticamas nanodaļiņu dispersijai stabilās koloidālās suspensijās. Hielscher rūpnieciskie ultrasonikatori var nepārtraukti darbināt augstas amplitūdas un ir būvēti 24/7 darbībai. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti ģenerēt ar standarta sonotrodes (ultraskaņas zondes / ragi). Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodes.
Hielscher ultraskaņas procesori sonochemical sintēzei, funkcionalizācijai, nano-strukturēšanai un deagglomerācijai jau ir uzstādīti visā pasaulē komerciālā mērogā. Sazinieties ar mums tagad, lai apspriestu savu procesa posmu, kas saistīts ar nanomateriāliem akumulatoru ražošanai! Mūsu pieredzējušais personāls ar prieku dalīsies ar vairāk informācijas par izciliem izkliedes rezultātiem, augstas veiktspējas ultraskaņas sistēmām un cenām!
Ar ultrasonication priekšrocību, jūsu uzlabotā elektrodu un elektrolītu ražošana izcelsies ar efektivitāti, vienkāršību un zemām izmaksām, salīdzinot ar citiem elektrodu ražotājiem!

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu: