Síntesis sonoquímica materiales electrodos pa ar producción baterías

Ar producción celdas bateriya mar hñets'i ya rendimiento, ja ya materiales nanoestructurados ne ya nanocompuestos desempeñan 'nar he̲'mi mahyoni ja ar proporcionar 'nar conductividad eléctrica mäs xi ngu, densidades ar almacenamiento xí altas, mextha ya mfeni ne fiabilidad. Pa da tsoni ya ga̲tho ya funcionalidades ya nanomateriales, ya nanopartículas tsa da dispersar wa exfoliar ar individualmente ne xi necesitar pasos ar procesamiento Nthuts'i, komongu ar funcionalización. Ar nanoprocesamiento ultrasónico ge ar técnica mäs xi ngu, xi hño ne ya fiable pa producir nanomateriales ne nanocompuestos mar hñets'i rendimiento pa producción dätä jä'i baterías.

Dispersión ultrasónica materiales electroquímicamente activos jar lodos electrodos

Ya nanomateriales bí utilizan ar materiales electrodos innovadores, ngu nä'ä xi mä ya xki lugar ma 'nar rendimiento significativamente mejorado ya baterías recargables. Ar superación ar aglomeración, ar agregación ne ar separación fases ar crucial pa jar nt'ot'e lodos pa ar fabricación electrodos, hontho nu'bu mä materiales tamaño nanométrico. Ya nanomateriales aumentan superficie activa yá electrodos ya baterías, nä'ä mi permite absorber mäs energía Nxoge ya ciclos carga ne aumentar jár mfeni Nxoge almacenamiento energía. Pa da ga̲tho ya ventajas ya nanomateriales, gi partículas nanoestructuradas tsa da desenredar ne distribuir ar komongu partículas separadas ar suspensión electrodos. Tecnología dispersión ultrasónica proporciona ndu focalizadas mar hñets'i cizallamiento (sonomecánicas), nja'bu̲ komongu energía sonoquímica, da conduce ar mezcla za̲ ár nthe̲ atómico ne ar complejación materiales tamaño nanométrico.
Ya nanopartículas komongu ar grafeno, ya nanotubos carbono (CNT), ya metales ne ya minerales ha̲i raras tsa dispersar ar uniformemente ja 'nar suspensión hingi mpa̲ti pa da materiales electrodos altamente funcionales.
Ngu, ar grafeno ne ya CNT ya hño conocidos ya mejorar rendimiento ya celdas ya baterías, pe mahyoni da superar ar aglomeración partículas. 'Me̲hna ir bo̲ni ke ar absolutamente mahyoni 'nar técnica dispersión mar hñets'i rendimiento, capaz ar procesar nanomateriales ne posiblemente altas ar viscosidades. Ya ultrasonidos ar klase sonda ya nt'ot'e dispersión mar hñets'i rendimiento, nä'ä to procesar nanomateriales 'nehe ko altas cargas sólidas ya nt'ot'e fiable ne xi hño.

¿Yogo'ä ar sonicación ar técnica mäs xi ngu pa ar procesamiento nanomateriales?

Nu'bu̲ ma 'ra técnicas dispersión ne mezcla, komongu ya mezcladores mar hñets'i cizallamiento, ya molinos bolas wa ya homogeneizadores mextha presión, llegan ja yá 'mui, ar ultrasonicación ge ár nt'ot'e destaca pa ar procesamiento micropartículas ne nanopartículas
Ya ultrasonidos mextha nts'edi ne ar cavitación acústica generada ya ultrasonidos proporcionan nkohi energéticas únicas ne 'nar densidad energía extrema da permite desaglomerar wa exfoliar nanomateriales, ya funcionalizar, sintetizar nanoestructuras jar procesos ascendentes ne hoki nanocompuestos mar hñets'i ar rendimiento.
Dado da ultrasonidos de Hielscher permiten el control preciso de los parámetros de procesamiento ultrasónico más importantes, como la intensidad (Ws/mL), la amplitud (μm), la temperatura (ºC/ºF) ne la presión (bar), ya nkohi procesamiento xi ajustar bí individualmente a los ajustes óptimos para cada material y proceso. Nuna modo ya dispersores ultrasónicos ya na versátiles ne xi utilizar ar pa numerosas aplicaciones, ngu, ar dispersión CNT, ar exfoliación grafeno, síntesis sonoquímica partículas ar carcasa ar núcleo wa ar funcionalización ar nanopartículas silicio.

Micrografías SEM de Na0,44MnO2 preparado sonoquímicamente por calcinación a 900°C durante 2 h.
(Estudio ne ya tsita: ©Shinde et jar el., 2019)

Mäs ungumfädi dige ya ultrasonidos industriales ar Hielscher pa ar procesamiento nanomateriales jar fabricación baterías.

Tso̲kwa continuación to tingigi mbo ndunthe aplicaciones procesamiento nanomateriales impulsadas ya ultrasonidos:

Síntesis ultrasónica nanocompuestos

Síntesis ultrasónica grafeno — SnO₂ Nanocompuesto: Equipo nthoni Deosakar et jar ar. (2013) desarrolló 'nar ruta asistida ya ultrasonidos pa ndi hoki 'nar nanocompuesto grafeno — SnO2. Investigaron ya efectos cavitacionales generados ir nge ya ultrasonidos mextha nts'edi Nxoge ar síntesis ar compuesto ya grafeno ne ya SnO2. Pa ar sonicación, utilizaron 'nar dispositivo Hielscher Ultrasonics. Ya resultados demuestran 'nar carga fina ne uniforme SnO mejorada ya ultrasonidos₂ jar nanohojas grafeno ya reacción oxidación-reducción ja ya óxido grafeno ne SnCl₂·2H₂Ar o jar comparación ko ya nt'ot'e síntesis convencionales.

Gráfico da demuestra ar proceso formación óxido grafeno ne SnO₂— Nanocompuesto ar grafeno.
(Estudio ne imágenes: ©Deosakar et jar el., 2013)

SnO₂— nanocompuesto grafeno ar xi preparado ko éxito ir nge 'nar 'ra'yo ne xi hño ruta ar síntesis química basada soluciones asistidas ya ultrasonidos, ne óxido grafeno ar xi reducido ir nge ya SnCl₂ ma láminas grafeno jar 'bu̲i Kwä HCl. Análisis TEM gi 'ñudi ar carga uniforme ne fina SnO₂ jar nanohojas grafeno. Ar xi demostrado ke ya efectos cavitacionales producidos ya njapu'befi ya irradiaciones ultrasónicas intensifican ar carga fina ne uniforme ya SnO2 ja ya nanohojas grafeno Nxoge ar reacción oxidación-reducción entre ar óxido ar grafeno ne ar SnCl₂·2H₂O. Ar intensificación ar carga fina ne uniforme ya nanopartículas SnO2 (3 — 5 nm) jar nanohojas ar grafeno reducidas bí atribuye ar mejora ar nucleación ne ar transferencia solutos nu'bya ár ntsoni cavitacional inducido ir nge ya irradiaciones ultrasónicas. Carga fina ne uniforme ar SnO₂ Ya nanopartículas nanohojas grafeno 'nehe ar confirmaron a partir de análisis ar TEM. Ár nt'ot'e SnO sintetizado₂— Bí demuestra ar nanocompuesto grafeno ngu ya he̲'mi anódico jar baterías iones litio. Ar mfeni SnO₂— Ar bateriya litio basada nanocompuesto grafeno ar hingi mpa̲ti Nxoge 'ra 120 ciclos, ne ar bateriya ndi japi 'nar reacción carga-descarga hingi mpa̲ti. (Deosakar et jar el., 2013)

Tsita TEM SnO₂— Nanocompuesto ar grafeno preparado ya nt'ot'e sonoquímico. Ar barra xí indica jar (A) 10 nm, jar (B) jar 5 ar nm.
(Estudio ne imágenes: ©Deosakar et jar el., 2013)

Dispersión ultrasónica nanopartículas jar lodos baterías

Dispersión ya componentes ar electrodo: Waser et jar ar. (2011) prepararon electrodos ko fosfato hierro ne litio (LiFePO₄). Ar suspensión contenía LiFePO4 ngu ya he̲'mi activo, mpothe 'bifi ngu aditivo conductor ñot'i, bí utilizó ya fluoruro polivinilideno disuelto jar N — metilpirrolidona (NMP) komongu ar aglutinante. Ar nthe masa ('mefa xta secado) ar AM yá CB yá PVDF ja ya electrodos bí 83 yá 8,5 yá 8,5. Pa ndi hoki yá suspensiones, nga̲tho ya componentes ar electrodo bí mezclaron jar NMP ko 'nar agitador ultrasónico ()UP200H, Hielscher Ultrasonics) Nxoge 2 min 200 W ne 24 ar kHz.
Xí hñets'i'i conductividad eléctrica ne lenta difusión iones litio a lo largo de ya canales unidimensionales LiFePO₄ ar tsa̲ da superar ir nge ar incorporación LiFePO₄ ja 'nar matriz conductora, ngu, xí mpothe ar 'bifi. Medida da ya partículas tamaño nanométrico ne ya estructuras partículas core — shell mejoran ar conductividad eléctrica, ar tecnología dispersión ultrasónica ne ar síntesis sonoquímica ya partículas core — shell permiten producir nanocompuestos superiores pa aplicaciones baterías.

Dispersión fosfato hierro ne litio: Equipo nthoni Hagberg (Hagberg et jar el., 2018) utilizó ár nt'ot'e ultrasonido UP100H pa ar nt'ot'e electrodo positivo estructural nä'ä ir bo̲ni jar fibras ar carbono recubiertas ar fosfato hierro ne litio (LFP). Ya fibras carbono ya remolques continuos ne 'BATS'I actúan komongu colectores corriente ne proporcionarán rigidez mecánica ne ar resistencia. Pa 'nar rendimiento óptimo, ya fibras ar recubren individualmente, ngu, ir nge deposición electroforética.
Ar probaron 'na'ño pe̲ts'i ar be̲xu ar mezclas compuestas ya LFP, ar CB ne ar PVDF Gi mezclas ar recubrieron ko fibras carbono. Dado da NTHEGE hingi homogénea ja ya composiciones nsaha recubrimiento to nt'uni ar composición jar propio ar recubrimiento, ar gi japu̲'be̲fi 'nar agitación rigurosa ya ultrasonidos pa minimizar ar diferencia.
Observaron ke ya partículas gi 'bu̲hu̲ relativamente xi hño dispersas ya nga̲tho ar recubrimiento, nä'ä da atribuye jar njapu'befi ya tensioactivo (Triton X — 100) ne ar etapa ultrasonicación previa ja ar deposición electroforética.

Imágenes SEM sección transversal ne Nar dätä hño aumento fibras ar carbono recubiertas ar EPD. Ar mezcla ar LFP, ar CB ne ar PVDF ar homogeneizó ultrasónicamente utilizando ar ultrasonido UP100H. Aumentos: a) 0.8kx, b) 0.8kx, c) 1.5kx, d) 30kx.
(Estudio ne ya tsita: ©Hagberg et jar el., 2018)

Dispersión de LiNi_0.5Mn_1.5O₄ He̲'mi ar cátodo compuesto:
Vidal et jar ar. (2013) investigaron ar influencia ya pasos procesamiento, komongu ar sonicación, ar presión ne ar composición ar hñei, pa ar LiNi_0.5Mn_1.5O₄cátodos compuestos.
Ya electrodos compuestos ar positivos ko LiNi_0.5 Mn_1.5Espinela O4 ngu ya he̲'mi activo, 'nar mezcla grafito ne xí mpothe 'bifi pa aumentar conductividad eléctrica ar electrodo ne ar fluoruro polivinilodeno (PVDF) wa 'nar mezcla PVDF ko 'nar t'olo yá 'bede ya teflón® (1% jar be̲xu) pa gu̲ts'i ar electrodo. Xi xi procesados ir nge ya fundición ja ya cinta dige ar he̲'mi aluminio komongu colector corriente utilizando ar técnica rasqueta. 'Nehe, ya mezclas componentes ar sonicaron wa hi'nä, ne ya electrodos procesados ar compactaron wa hi'nä jár 'nar prensado ar tse̲ 'mefa ár njäts'i Tange'u. Ar xi ensayado yoho ya formulaciones:
Formulación A (hinda teflón®): 78% jar be̲xu LiNi_0.5 Mn_1.5O4; 7,5% jar be̲xu xí mpothe 'bifi; 2,5% jar be̲xu grafito; 12% jar be̲xu PVDF
Formulación B (ko teflón®): 78% jar be̲xu LiNi0_0.5Mn_1.5O4; 7.5% jar be̲xu xí mpothe 'bifi; 2,5% jar be̲xu grafito; 11% jar be̲xu PVDF; 1% jar be̲xu teflón®
Ja ga̲ yoho ya casos, ya componentes ar mezclaron ne dispersaron N — metilpirrolidinona (NMP). LiNi_0.5 Mn_1.5Espinela O4 (2 g) junto con 'ra ya componentes ja ya porcentajes mencionados ya ntsoni da dispersó jar 11 ml NMP. Jar 'ra ya casos ntsuni hontho, ar mezcla sonicó Nxoge 25 t'olo ora ne xu̲ki ar agitó da mpat'i ambiente Nxoge 48 h. Ja ma'ra, ar mezcla ar limitó da agitar ya mpat'i ambiente Nxoge 48 h, es decir, hinda ni 'na jar sonicación. Ar nt'ot'e ya sonicación promueve 'nar dispersión homogénea ya componentes ar electrodo ne ar electrodo LNMS obtenido pe̲ts'i 'nar aspecto mäs uniforme.
Ar prepararon ne estudiaron electrodos compuestos mar hñets'i be̲xu, asta ar 17 mg yá cm2, komongu electrodos positivos pa baterías iones litio. Adición teflón® ne ár nt'ot'e ar nt'ot'e ya sonicación gi lugar da electrodos uniformes da adhieren xi hño jar he̲'mi aluminio. Ga̲ yoho parámetros contribuyen ma mejorar mfeni drenada altas tasas (5C). Ar compactación adicional ya conjuntos electrodo yá aluminio mejora notablemente ya ya capacidades velocidad ya electrodos. Ma 'nar tasa 5C, 'bu̲i notables retenciones mfeni entre 80% ne ar 90% pa electrodos ko ya pesos jar rango 3 — 17 mg yá cm², ko ya teflón® jar ár formulación, preparado ir sonicación ya mezclas yá componentes ne compactado ma menos 2 toneladas yá cm².
Jar resumen, ya electrodos mi pe̲ts'i 'nar 1% jar be̲xu teflón® jar ár formulación, yá mezclas componentes sometidas 'nar nt'ot'e ya sonicación, compactados 2 toneladas yá cm2 ne ko pesos jar rango 2, 7 — 17 mg yá cm2 mostraron 'nar notable mfeni tasa. 'Nehe ko ar mextha corriente ar 5C, ar mfeni descarga normalizada mi entre 80% ne ar 90% pa nuya electrodos. (cf. Vidal et jar el., 2013)

Dispersores ultrasónicos mar hñets'i rendimiento pa ar producción baterías

Hielscher Ultrasonics diseña, fabrica ne distribuye equipos ultrasónicos mextha nts'edi ne ya mar hñets'i rendimiento, da utilizan pa procesar materiales cátodos, ánodos ne electrolitos pa ár njapu'befi baterías iones litio (LIB), baterías iones sodio (NIB) ne ma 'ra celdas baterías. Ya sistemas ultrasónicos Hielscher ar utilizan pa sintetizar nanocompuestos, funcionalizar nanopartículas ne dispersar nanomateriales jar suspensiones homogéneas ne estables.
Ko 'nar gama productos nä'ä da ndezu̲ ar laboratorio asta ya procesadores ultrasónicos escala industrial, Hielscher ar líder jár ta̲i ya dispersores ultrasónicos mar hñets'i ar rendimiento. Mpe̲fi xkagentho mäs ar 30 ya je̲ya jar hwähi ar síntesis ar nanomateriales ne ar reducción tamaño, Hielscher Ultrasonics pe̲ts'i 'nar nt'ot'e ho 'bui ndunthe mfeni jar procesamiento ultrasónico nanopartículas ne ofrece ya procesadores ultrasónicos mäs potentes ne fiables ar jár ta̲i. Ar ingeniería alemana ofrece tecnología nts'ä ne 'nar hño robusta.
Ar tecnología ya dätä jä'i, mar hñets'i ar rendimiento ne ar sofisticado software convierten ja ya ultrasonidos Hielscher jar fani ar hñäki fiables jar ár proceso fabricación electrodos. Ga̲tho ya sistemas ultrasónicos fabrican jár 'mui central Teltow (nu Alemäña), someten jar pruebas ya hño ne ya robustez ne da distribuyen ndezu̲ nu Alemäña ya nga̲tho ar ximha̲i.
Sofisticado ar hardware ne ar software inteligente ya ultrasonidos Hielscher gi 'bu̲hu̲ diseñados pa garantizar 'nar funcionamiento fiable, resultados reproducibles ne facilidad njapu'befi. Ya ultrasonidos Hielscher ya robustos ne ya rendimiento nzäm'bu̲, nä'ä permite instalar ya jar entornos exigentes ne utilizar ya ja ya 'be̲fi hñei. Ar tsa̲ da acceder hingi hembi da ja ya ajustes operativos ne marcar ya a través de 'nar menú intuitivo, nä'ä ar tsa̲ da acceder a través de 'nar pantalla táctil 'bede njät'i ne 'nar control remoto ar navegador. Ir ga̲tho ya nkohi procesamiento, komongu ar energía neta, ar energía Nxoge, ar amplitud, pa, ar presión ne ar mpat'i, bí registran automáticamente 'na jar tarheta SD incorporada. 'Me̲hna bí permite da hnu ne comparar series ar sonicación bí thogi ne optimizar ar síntesis, ar funcionalización ne ar dispersión nanomateriales ne materiales compuestos ko ar máxima dätä nt'ot'e.
Ya sistemas ultrasónicos Hielscher ar utilizan jar nga̲tho ar ximha̲i da síntesis sonoquímica nanomateriales ne udi fiables pa ar dispersión nanopartículas jar suspensiones coloidales estables. Ya ultrasonidos industriales Hielscher xi funcionar ya nt'ot'e continua da altas ya amplitudes ne gi construidos da funcionar ya 24 ora ar pa, 7 ya pa ar su̲mänä. Amplitudes de hasta 200 μm se pueden generar fácilmente de forma continua con sonotrodos estándar (sondas ultrasónicas / bocinas). Pa amplitudes aún mi pe̲ts'i, mahyoni da 'mui sonotrodos ultrasónicos personalizados.
Ya procesadores ultrasónicos ar Hielscher pa ar síntesis sonoquímica, ar funcionalización, ar nanoestructuración ne ar desaglomeración ya gi 'bu̲hu̲ instalados jar nga̲tho ar ximha̲i da escala yá 'ma. Ga japi ar jar contacto ko ngekagihe nu'bya pa ñähu̲ dige ar bi thogi ar ár proceso nanomateriales pa ar fabricación ar baterías. Ma experimentado jä'i da encantado ar t'uni mäs ungumfädi dige ya resultados t'uti hñe̲he̲ dispersión, ya sistemas ultrasónicos mar hñets'i ya rendimiento ne ya precios.
Ko ár ventaja ar ultrasonicación, ár dätä jä'i producción electrodos ne electrolitos destacará ir nge ár dätä nt'ot'e, simplicidad ne hñets'i'i coste jar comparación ko ya fabricantes electrodos.

Xtí tabla bí xta ar 'nar indicación ya mfeni ya procesamiento aproximada ar HMUNTS'UJE ultrasonidos: