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 pilnas funkcijas, nanodaļiņas ir atsevišķi jāizkliedē vai jāloba, un, iespējams, ir vajadzīgi turpmāki apstrādes posmi, piemēram, funkcionalizācija. Ultraskaņas nano-apstrāde ir izcila, efektīva un uzticama tehnika, lai ražotu augstas veiktspējas nanomateriālus un nanokompozītus uzlabotai akumulatoru ražošanai.

Elektroķīmiski aktīvo materiālu ultraskaņas dispersija elektrodu vircas

Nanomateriāli tiek izmantoti kā inovatīvi elektrodu materiāli, kā rezultātā ievērojami uzlabojās uzlādējamo bateriju veiktspēja. Aglomerācijas, agregācijas un fāzu atdalīšanas pārvarēšana ir būtiska vircas sagatavošanai elektrodu ražošanai, jo īpaši, ja ir iesaistīti nano izmēra materiāli. Nanomateriāli palielina akumulatora elektrodu aktīvo virsmas laukumu, kas ļauj tiem absorbēt vairāk enerģijas uzlādes ciklu laikā un palielināt kopējo enerģijas uzkrāšanas spēju. Lai pilnībā izmantotu nanomateriālu priekšrocības, šīm nanostrukturētajām daļiņām jābūt atdalāmām un izplatās kā atsevišķas daļiņas elektrodu vircā. Ultraskaņas izkliedēšanas tehnoloģija nodrošina koncentrētus augsta bīdes (sonomehnical) spēkus, kā arī sonoķīmisko enerģiju, kas noved pie atomu līmeņa sajaukšanās un nano izmēra materiālu kompleksēšanas.
Nanodaļiņas, piemēram, grafēns, oglekļa nanocaurulēm (CNT), metāliem un retzemju minerāliem, jābūt vienmērīgi izkliedētām stabilā vircā, lai iegūtu ļoti funkcionālus elektrodu materiālus.
Piemēram, ir labi zināms, ka grafēns un CNT uzlabo akumulatora elementu veiktspēju, bet ir jāpārvar daļiņu aglomerācija. Tas nozīmē, ka ir absolūti nepieciešama augstas veiktspējas dispersijas metode, kas spēj apstrādāt nanomateriālus un, iespējams, augstu viskozitātē. Zondes tipa ultrasonikatori ir augstas veiktspējas izkliedēšanas metode, kas var droši un efektīvi apstrādāt nanomateriālus pat pie lielām cietām slodzēm.

Kāpēc ultraskaņas apstrāde ir izcila nanomateriālu apstrādes tehnika?

Kad citas izkliedēšanas un sajaukšanas metodes, piemēram, augstas bīdes maisītāji, lodīšu dzirnavas vai augstspiediena homogenizatori, 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 deaglomerēt vai lobīt nanomateriālus, tos funkcionalizēt, sintezēt nanostruktūras augšupējos procesos un sagatavot augstas veiktspējas nanokompozītus.
Tā kā Hielscher ultrasonicators ļauj precīzi kontrolēt svarīgākos ultraskaņas apstrādes parametrus, piemēram, intensitāti (Ws / ml), amplitūdu (μm), temperatūru (ºC / ºF) un spiedienu (bāru), 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 sonoķīmiskajai sintēzei vai silīcija nanodaļiņu funkcionalizācijai.

SEM mikrografikas no sonoķīmiski sagatavotas Na0.44MnO2, apdejot 900°C temperatūrā 2 stundas.
(Pētījums un attēls: ©Shinde et al., 2019)

Uzziniet vairāk par Hielscher rūpnieciskajiem ultrasonikatoriem nanomateriālu apstrādei bateriju ražošanā!

Zemāk jūs varat atrast dažādus ultrasoniski virzītus nanomateriālu apstrādes lietojumus:

Nanokompozītu ultraskaņas sintēze

Grafēna–SnO ultraskaņas sintēze₂ nanokompozīts: Deosakar et al. (2013) pētniecības grupa izstrādāja ultrasoniski atbalstītu maršrutu, lai sagatavotu grafēna-SnO2 nanokompozītu. Viņi pētīja kavitācijas efektus, ko rada lieljaudas ultraskaņa grafēna–SnO2 kompozīta sintēzes laikā. Ultraskaņas apstrādei viņi izmantoja Hielscher Ultrasonics ierīci. Rezultāti parāda ultrasoniski uzlabotu smalku un vienmērīgu SnO iekraušanu₂ grafēna nanoloksnēs ar oksidācijas un reducēšanās reakciju starp grafēna oksīdu un SnCl₂· 2H₂O, salīdzinot ar tradicionālajām sintēzes metodēm.

Diagramma, kurā parādīts grafēna oksīda un SnO veidošanās process₂–grafēna nanokompozīts.
(Pētījums un attēli: ©Deosakar et al., 2013)

SnO₂–grafēna nanokompozīts ir veiksmīgi sagatavots, izmantojot jaunu un efektīvu ultraskaņas palīdzību uz šķīdumu balstītu ķīmiskās sintēzes ceļu, un grafēna oksīds tika samazināts ar SnCl₂ grafēna loksnēm HCl. TEM analīzes klātbūtnē parāda SnO vienmērīgu un smalku iekraušanu₂ grafēna nanoloksnēs. Ir pierādīts, ka kavitācijas efekti, kas rodas ultraskaņas apstarošanu izmantošanas dēļ, pastiprina snO2 smalko un vienmērīgo slodzi grafēna nanoloksnēs oksidācijas-reducēšanās reakcijas laikā starp grafēna oksīdu un SnCl₂· 2H₂O. SnO2 nanodaļiņu (3–5 nm) pastiprināta smalka un vienmērīga slodze uz samazinātām grafēna nanoloksnēm ir saistīta ar pastiprinātu nukleāciju un šķīdinātāju pārnesi kavitācijas efekta dēļ, ko izraisa ultraskaņas apstarošanas. Smalka un vienmērīga SnO iekraušana₂ NANODaļiņas grafēna nanoloksnēs tika apstiprinātas arī NO TEM analīzes. Sintezētā SnO pielietojums₂–tiek demonstrēts grafēna nanokompozīts kā anoda materiāls litija jonu baterijās. SnO jauda₂–grafēna nanokompozīta bāzes Li akumulators ir stabils aptuveni 120 ciklus, un akumulators var atkārtot stabilu uzlādes un izlādes reakciju. (Deosakar et al., 2013)

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

Nanodaļiņu ultraskaņas dispersija bateriju vircas

Izsīdināto komponentu dispersija: (2011) sagatavots elektrods ar litija dzelzs fosfātu (LiFePO)₄). Virca saturēja LiFePO4 kā aktīvo materiālu, oglekli melnā kā elektriski vadošu piedevu, kā saistviela tika izmantots polivinilidenes fluorīds, kas izšķīdināts N-metilpirolidinonā (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 litija jonu difūzija gar LiFePO viendimensionālajiem kanāliem₄ var pārvarēt , iegulstot LiFePO₄ vadošā matricā, piemēram, oglekļa melnā krāsā. 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: Hagbergas pētniecības grupa (Hagberg et al., 2018) izmantoja Ultrasonikators UP100H strukturāli pozitīva elektroda procedūrai, kas sastāv no oglekļa šķiedrām ar litija dzelzs fosfāta (LFP) pārklājumu. Oglekļa šķiedras ir nepārtrauktas, patstāvīgas vilkšanas, kas darbojas kā pašreizējie kolektori un nodrošinās mehānisku stingrību un izturību. Optimālai veiktspējai šķiedras tiek pārklātas individuāli, piemēram, izmantojot elektroforētisku nogulsnēšanos.
Tika pārbaudītas dažādas svara attiecības maisījumiem, kas sastāv no LFP, CB un PVDF. Šie maisījumi tika pārklāti ar oglekļa šķiedrām. Tā kā nehomogeneous sadalījums pārklājuma vannas kompozīcijās var atšķirties no paša pārklājuma sastāva, lai samazinātu atšķirību, tiek izmantota stingra maisīšana ar ultrasonication.
Viņi atzīmēja, ka daļiņas ir salīdzinoši labi izkliedētas visā pārklājumā, kas saistīts ar virsmaktīvās ēšanas (Triton X-100) izmantošanu un ultrasonication soli pirms elektroforētiskās nogulsnēšanās.

Oglekļa šķiedru ar EPD pārklājumu šķērsgriezuma un augsta palielinājuma SEM attēli. LPP, CB un PVDF maisījums tika ultrasoniski homogenizēts, izmantojot Ultrasonikators UP100H. Palielinājumi: a) 0,8kx, b) 0,8kx, c) 1,5kx, d) 30kx.
(Pētījums un attēls: ©Hagberg et al., 2018)

LiNi dispersija_0.5.Mn_1,5.O₄ kompozītmateriāla katoda materiāls:
(2013) pētīja tādu apstrādes posmu kā ultraskaņas apstrāde, spiediens un materiālais sastāvs ietekmi uz LiNi_0.5.Mn_1,5.O₄kompozītu katodi.
Pozitīvi kompozītmateriālu elektrodi ar LiNi_0.5. Mn_1,5.O4 spinels kā aktīvs materiāls, grafīta un oglekļa melnā maisījums elektrodu elektrovadītspējas palielināšanai un vai nu polivinildenefluorīds (PVDF), vai PVDF maisījums® ar nelielu teflona daudzumu (1 wt%) elektroda veidošanai. Tie ir apstrādāti, līmlenti liejot uz alumīnija folijas kā pašreizējo kolektoru, izmantojot ārsta asmens tehniku. Turklāt komponentu maisījumi bija vai nu ar skaņas ēti, vai nē, un apstrādātie elektrodi tika saspiesti vai netika saspiesti nākamajā aukstā presē. Ir pārbaudīti divi formulējumi:
A-formulējums (bez teflona®): 78 wt% LiNi_0.5. Mn_1,5.O4; 7,5 wt% Oglekļa melns; 2,5 wt% grafīts; 12 wt% PVDF
B-formulējums (ar teflonu®): 78wt% LiNi0_0.5.Mn_1,5.O4; 7,5wt% Oglekļa melns; 2,5 wt% grafīts; 11 wt% PVDF; 1 wt% teflons®
Abos gadījumos sastāvdaļas tika sajauktas un izkliedētas N-metilpirolidinonā (NMP). LiNi_0.5. Mn_1,5.O4 spinels (2g) kopā ar citām jau iestatītajiem komponentiem tika izkliedēts 11 ml NMP. Dažos īpašos gadījumos maisījums tika socinājies 25 min un pēc tam samaisīts istabas temperatūrā 48 h. Dažos citos maisījums tika vienkārši sajaukts istabas temperatūrā 48 stundas, t.i., bez ultraskaņas apstrādes. Ultraskaņas apstrāde veicina elektrodu komponentu viendabīgu izkliedi, un iegūtais LNMS elektrods izskatās viendabīgāks.
Kompozītmateriālu elektrodi ar lielu svaru, līdz 17 mg/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 iztukšoto jaudu augstā ātrumā (5C). Elektrodu/alumīnija mezglu papildu sablīvēšanās ievērojami uzlabo elektrodu ātruma iespējas. Ar 5C ātrumu ievērojamas jaudas aiztures no 80% līdz 90% ir atrodamas elektrodiem ar svaru diapazonā no 3 līdz 17 mg / cm², kura sastāvā ir teflons®, kas sagatavots pēc to sastāvdaļu maisījumu apstrādes ar ultraskaņu un saspiests zem 2 tonnām/cm².
Kopumā elektrodi, kuru sastāvā ir 1 wt% teflona®, to sastāvdaļu maisījumi, kas pakļauti apstrādei ar ultraskaņu, saspiesti ar 2 tonnām / cm2 un ar svaru diapazonā no 2,7 līdz 17 mg / cm2, parādīja ievērojamu ātruma spēju. Pat pie augstas strāvas 5C normalizētā izlādes jauda bija no 80% līdz 90% visiem šiem elektrodiem. (sal. ar Vidal et al., 2013)

Augstas veiktspējas ultraskaņas izkliedētāji akumulatoru ražošanai

Hielscher Ultrasonics projektē, ražo un izplata lieljaudas, augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtas, ko izmanto katoda, anoda un elektrolītu materiālu apstrādei izmantošanai litija jonu baterijās (LIB), nātrija jonu baterijās (NIB) un citos akumulatora šūnas. Hielscher ultraskaņas sistēmas tiek izmantotas sintezēt nanokompozītus, funkcionalizēt nanodaļiņas un izkliedēt nanomateriālus viendabīgās, stabilās suspensijās.
Piedāvājot portfeli no laboratorijas līdz pilnībā rūpnieciska mēroga 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 modernas tehnoloģijas un stabilu kvalitāti.
Uzlabota tehnoloģija, augstas veiktspējas un sarežģīta programmatūra hielscher ultrasonikatorus pārvērš uzticamos darba zirgiem jūsu elektrodu ražošanas procesā. Visas ultraskaņas sistēmas tiek ražotas galvenajā punktā Teltovā, Vācijā, pārbaudītas kvalitātes un robustuma pārbaudes un pēc tam tiek izplatītas no Vācijas visā pasaulē.
Hielscher ultrasonikatoru sarežģītā 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 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 reģistrēti iebūvētā SD kartē. Tas ļauj pārskatīt un salīdzināt iepriekšējos ultraskaņas apstrādes braucienus un optimizēt nanomateriālu un kompozītu sintēzi, funkcionalizāciju un izkliedi līdz visaugstākajai efektivitātei.
Hielscher Ultrasonics sistēmas visā pasaulē tiek izmantotas nanomateriālu sonoķīmiskajai sintēzei, un ir pierādīts, ka tās ir uzticamas nanodaļiņu izkliedēšanai stabilās koloidālās suspensijās. Hielscher rūpnieciskie ultrasonikatori var nepārtraukti darboties 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 sonoķīmiskai sintēzei, funkcionalizācijai, nanostrukturēšanai un deagglomerācijai jau ir uzstādīti visā pasaulē komerciālā mērogā. Sazinieties ar mums tagad, lai apspriestu savu procesa soli, kas saistīts ar nanomateriāliem bateriju ražošanai! Mūsu labi pieredzējušie darbinieki labprāt dalīsies ar vairāk informācijas par izciliem izkliedes rezultātiem, augstas veiktspējas ultraskaņas sistēmām un cenām!
Ar ultrasonication priekšrocību jūsu uzlabotā elektrodu un elektrolītu ražošana būs izcila efektivitātē, vienkāršībā un zemās izmaksās, salīdzinot ar citiem elektrodu ražotājiem!

Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu: