Сонохимический синтез электродных материалов для производства аккумуляторов

В производстве высокопроизводительных аккумуляторных элементов наноструктурированные материалы и нанокомпозиты играют важную роль, обеспечивая превосходную электропроводность, более высокую плотность хранения, высокую емкость и надежность. Чтобы достичь полной функциональности наноматериалов, наночастицы должны быть индивидуально диспергированы или отслоены и могут потребовать дальнейших этапов обработки, таких как функционализация. Ультразвуковая нанообработка является превосходным, эффективным и надежным методом для производства высокопроизводительных наноматериалов и нанокомпозитов для производства передовых батарей.

Ультразвуковая дисперсия электрохимически активных материалов в электродных суспензиях

Наноматериалы используются в качестве инновационных электродных материалов, что привело к значительному повышению производительности аккумуляторных батарей. Преодоление агломерации, агрегации и разделения фаз имеет решающее значение для подготовки суспензий для производства электродов, особенно когда речь идет о наноразмерных материалах. Наноматериалы увеличивают площадь активной поверхности аккумуляторных электродов, что позволяет им поглощать больше энергии во время циклов зарядки и увеличивать общую емкость хранения энергии. Чтобы получить полное преимущество наноматериалов, эти наноструктурированные частицы должны быть де-запутанными и распределяться как отдельные частицы в электродной суспензии. Технология ультразвукового диспергирования обеспечивает сфокусированные высокопопереточные (сономечные) силы, а также сонохимическую энергию, что приводит к смешиванию на атомном уровне и комплексованию наноразмерных материалов.
Наночастицы, такие как графен, углеродные нанотрубки (УНТ), металлы и редкоземельные минералы, должны быть равномерно диспергированы в стабильную суспензию для получения высокофункциональных электродных материалов.
Например, хорошо известно, что графен и УНТ повышают производительность аккумуляторных элементов, но агломерация частиц должна быть преодолена. Это означает, что высокопроизводительный метод дисперсии, способный обрабатывать наноматериалы и, возможно, высокую вязкость, абсолютно необходим. Ультразвуковые аппараты зондового типа являются высокопроизводительным диспергирующим методом, который может надежно и эффективно обрабатывать наноматериалы даже при высоких твердых нагрузках.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ультразвуковой наноразмер и функционализация частиц является важным процессом в производстве высокопроизводительных батарей.

Мощная ультразвуковая проточная система для обработки наноматериалов. Высокоэффективные наноматериалы используются в качестве активных электродных материалов в аккумуляторных элементах.

Ультразвуковая обработка наноматериалов для батарей:

  • Дисперсия наносфер, нанотрубок, нанопроволок, наностержней, наноспираторов
  • Отшелушивание нанолистов и 2D материалов
  • Синтез нанокомпозитов
  • Синтез частиц ядра-оболочки
  • Функционализация наночастиц (легированных/декорированных частиц)
  • Наноструктурирование

Почему обработка ультразвуком является превосходным методом обработки наноматериалов?

Когда другие методы диспергирования и смешивания, такие как смесители с высоким сдвигом, шариковые мельницы или гомогенизаторы высокого давления, достигают своих пределов, ультразвуковая обработка является методом, который выделяется для обработки микронных и наночастиц.
Мощный ультразвук и ультразвуковая акустическая кавитация обеспечивают уникальные энергетические условия и чрезвычайную плотность энергии, что позволяет деагломерировать или отшелушивать наноматериалы, функционализировать их, синтезировать наноструктуры в процессах «снизу вверх», а также получать высокоэффективные нанокомпозиты.
Поскольку ультразвуковые аппараты Hielscher позволяют точно контролировать наиболее важные параметры ультразвуковой обработки, такие как интенсивность (Вт / мл), амплитуда (мкм), температура (ºC / ºF) и давление (бар), условия обработки могут быть индивидуально настроены для оптимальных настроек для каждого материала и процесса. Таким образом, ультразвуковые диспергаторы очень универсальны и могут использоваться для многочисленных применений, таких как дисперсия УНТ, отшелушивание графена, сонохимический синтез частиц оболочки ядра или функционализация наночастиц кремния.

Сонохимически синтезирован Na0.44MnO2 для использования в качестве активного электродного материала в натриево-ионных батареях.

SEM микроснимки сонохимически полученного Na0.44MnO2 путем прокаливания при 900°C в течение 2 ч.
(Исследование и фото: ©Shinde et al., 2019)

Узнайте больше о промышленных ультразвуковых аппаратах Hielscher для обработки наноматериалов в производстве аккумуляторов!

Преимущества ультразвуковой обработки наноматериалов:

  • Высокая производительность, высокая эффективность
  • Точно управляемый
  • Настраивается в соответствии с приложением
  • промышленный класс
  • Линейно масштабируемая
  • Простая и безопасная эксплуатация
  • Экономичность

Ниже вы можете найти различные ультразвуковые приложения обработки наноматериалов:

Ультразвуковой синтез нанокомпозитов

Ультразвуковой синтез графена–SnO2 нанокомпозит: Исследовательская группа Deosakar et al. (2013) разработала ультразвуковой маршрут для получения нанокомпозита графен-SnO2. Они исследовали кавитационные эффекты, создаваемые мощным ультразвуком при синтезе композита графен-SnO2. Для обработки ультразвуком они использовали ультразвуковое устройство Hielscher. Результаты демонстрируют ультразвуково улучшенную тонкую и равномерную нагрузку SnO2 на графеновых нанолистах путем окислительно-восстановительной реакции между оксидом графена и SnCl2· 2H2O по сравнению с обычными методами синтеза.

Сонохимически синтезированный SnO2-нанокомпозит может быть использован в качестве анодного материала в батареях.

Диаграмма, демонстрирующая процесс образования оксида графена и SnO2–графеновый нанокомпозит.
(Исследование и фотографии: ©Deosakar et al., 2013)

СнО2–нанокомпозит графена был успешно получен с помощью нового и эффективного пути химического синтеза на основе ультразвукового раствора, и оксид графена был восстановлен SnCl2 к графеновым листам в присутствии HCl. Анализ ТЭМ показывает равномерную и тонкую нагрузку SnO2 в графеновых нанолистах. Было показано, что кавитационные эффекты, полученные в результате использования ультразвукового облучения, усиливают тонкую и равномерную нагрузку SnO2 на графеновые нанолисты во время окислительно-восстановительной реакции между оксидом графена и SnCl.2· 2H2O. Усиленная тонкая и равномерная нагрузка наночастиц SnO2 (3–5 нм) на восстановленные графеновые нанолисты объясняется усиленным нуклеацией и переносом растворенного вещества за счет кавитационного эффекта, индуцированного ультразвуковым облучением. Тонкая и равномерная загрузка SnO2 наночастицы на графеновых нанолистах также были подтверждены анализом ТЕА. Применение синтезированного SnO2–показан нанокомпозит графена в качестве анодного материала в литий-ионных батареях. Емкость SnO2Литиевая батарея на основе графена на основе нанокомпозита стабильна в течение примерно 120 циклов, и батарея может повторять стабильную реакцию заряд-разряд. (Деосакар и др., 2013)

Ультразвуковой синтез позволяет производить высокопроизводительные нанокомпозиты, используемые в производстве аккумуляторов.

TEM изображение SnO2–графеновый нанокомпозит, полученный сонохимическим методом. Бар указывает на (A) 10 нм, на (B) на 5 нм.
(Исследование и фотографии: ©Deosakar et al., 2013)

Высокоинтенсивная ультразвуковая обработка является важным методом синтеза и функционализации наноматериалов. Промышленные ультразвуковые системы способны обрабатывать очень большие объемы.

Промышленная система смешивания с 4 ультразвуковыми аппаратами модели мощностью 4000 Вт UIP4000hdT для наноматериальной обработки электродных соединений.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ультразвуковое диспергирование наночастиц в батарейные суспензии

Дисперсия компонентов электрода: Waser et al. (2011) подготовили электроды с литий-железофосфатом (LiFePO)4). Суспензия содержала LiFePO4 в качестве активного материала, технический углерод в качестве электропроводящей добавки, поливинилиденфторид, растворенный в N-метилпирролидиноне (NMP), использовался в качестве связующего. Массовое соотношение (после сушки) AM/CB/PVDF в электродах составило 83/8,5/8,5. Для приготовления суспензий все электродные составляющие смешивали в НМЗ с ультразвуковой мешалкой (UP200H, Ультразвук Hielscher) в течение 2 мин при 200 Вт и 24 кГц.
Низкая электропроводность и медленная литий-ионная диффузия по одномерным каналам LiFePO4 может быть преодолен путем встраивания LiFePO4 в проводящей матрице, например, технический углерод. Поскольку наноразмерные частицы и структуры частиц ядра-оболочки улучшают электропроводность, технология ультразвуковой дисперсии и сонохимический синтез частиц ядра-оболочки позволяют производить превосходные нанокомпозиты для аккумуляторных применений.

Дисперсия литий-железофосфата: Исследовательская группа Hagberg (Hagberg et al., 2018) использовала ультразвуковой UP100H для процедуры структурного положительного электрода, состоящего из углеродных волокон с покрытием из литий-железофосфата (LFP). Углеродные волокна представляют собой непрерывные, автономные буксиры, действующие как токосъемники и обеспечивают механическую жесткость и прочность. Для оптимальной производительности волокна покрываются индивидуально, например, с использованием электрофоретического осаждения.
Были протестированы различные весовые соотношения смесей, состоящих из LFP, CB и PVDF. Эти смеси были нанесены на углеродные волокна. Поскольку неоднородное распределение в композициях ванны покрытия может отличаться от состава в самом покрытии, для минимизации разницы используется строгое перемешивание ультразвуком.
Они отметили, что частицы относительно хорошо диспергированы по всему покрытию, что объясняется использованием поверхностно-активного вещества (Triton X-100) и стадией ультразвука перед электрофоретическим осаждением.

Ультразвуковая дисперсия используется для гомогенизации LFP, CB и PVDF перед электрофоретическим осаждением.

Изображения поперечного сечения и высокого увеличения SEM углеродных волокон с покрытием EPD. Смесь LFP, CB и PVDF была ультразвуком гомогенизирована с использованием ультразвуковой UP100H. Увеличение: а) 0.8kx, b) 0.8kx, c) 1.5kx, d) 30kx.
(Исследование и фото: ©Hagberg et al., 2018)

Дисперсия LiNi00,5Миннесота1,5О4 композитный катодный материал:
Vidal et al. (2013) исследовали влияние этапов обработки, таких как обработка ультразвуком, давление и состав материала для LiNi00,5Миннесота1,5О4композитные катоды.
Положительные композитные электроды, имеющие LiNi00,5 Миннесота1,5Шпинель O4 в качестве активного материала, смесь графита и технического углерода для повышения электродной электропроводности и либо поливинилденфторид (PVDF), либо смесь PVDF с небольшим количеством тефлона® (1 мас.%) для построения электрода. Они были обработаны ленточным отливкой на алюминиевой фольге в качестве токосъемника с использованием техники лезвия врача. Кроме того, смеси компонентов либо обрабатывались ультразвуком, либо нет, а обработанные электроды уплотнялись или не уплотнялись при последующем холодном прессовании. Были протестированы две формулировки:
А-рецептура (без тефлона®): 78 мас.% LiNi00,5 Миннесота1,5О4; 7,5 мас.% технического углерода; 2,5 мас.% графита; 12 мас.% PVDF
B-формула (с тефлоном®): 78Wt% LiNi000,5Миннесота1,5О4; 7,5Wt% технический углерод; 2,5 мас.% графита; 11 мас.% PVDF; 1 мас.% тефлона®
В обоих случаях компоненты смешивали и диспергировали в N-метилпирролидиноне (NMP). ЛиНи00,5 Миннесота1,5Шпинель O4 (2 г) вместе с другими компонентами в указанных процентах уже были диспергированы в 11 мл NMP. В некоторых частных случаях смесь обрабатывали ультразвуком в течение 25 мин, а затем перемешивали при комнатной температуре в течение 48 ч. В некоторых других смесь просто перемешивали при комнатной температуре в течение 48 ч, т.е. без какой-либо обработки ультразвуком. Обработка ультразвуком способствует однородному диспергированию компонентов электрода, и полученный LNMS-электрод выглядит более однородным.
Композиционные электроды с большим весом, до 17 мг/см2, были подготовлены и изучены в качестве положительных электродов для литий-ионных аккумуляторов. Добавление тефлона® и применение обработки ультразвуком приводят к получению однородных электродов, которые хорошо прилипают к алюминиевой фольге. Оба параметра способствуют улучшению мощности, истощаемой с высокой скоростью (5С). Дополнительное уплотнение электродно-алюминиевых сборок значительно повышает скорость электрода. При скорости 5C для электродов с весом в диапазоне 3-17 мг/см обнаруживаются значительные удержания емкости от 80% до 90%.2, имеющие тефлон® в своем составе, приготовленные после обработки ультразвуком смесей компонентов и уплотненные до 2 тонн/см2,
Таким образом, электроды, имеющие в своем составе 1 мас.% тефлона®, смеси их компонентов, подвергнутые обработке ультразвуком, уплотненные при 2 тоннах/см2 и с массами в диапазоне 2,7-17 мг/см2, показали замечательную скоростную способность. Даже при высоком токе 5C нормированная разрядная емкость составляла от 80% до 90% для всех этих электродов. (см. Видаль и др., 2013)

UIP100hdT - это настольный ультразвуковой аппарат мощностью 1 кВт для промышленной обработки наноматериалов в периодическом или проточном режиме.

Ультразвуковой аппарат UIP1000hdT (1000 Вт, 20 кГц) для обработки наноматериалов в периодическом или проточном режиме.

Высокоэффективные ультразвуковые диспергаторы для производства аккумуляторов

Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и распространяет мощное, высокопроизводительное ультразвуковое оборудование, которое используется для обработки катодных, анодных и электролитных материалов для использования в литий-ионных батареях (LIB), натриево-ионных батареях (NIB) и других аккумуляторных элементах. Ультразвуковые системы Hielscher используются для синтеза нанокомпозитов, функционализации наночастиц и диспергирования наноматериалов в однородные, стабильные суспензии.
Предлагая портфель от лабораторных до полностью промышленных ультразвуковых процессоров, Hielscher является лидером на рынке высокопроизводительных ультразвуковых диспергаторов. Работая более 30 лет в области синтеза наноматериалов и уменьшения размеров, Hielscher Ultrasonics имеет большой опыт в ультразвуковой обработке наночастиц и предлагает самые мощные и надежные ультразвуковые процессоры на рынке. Немецкое машиностроение обеспечивает самые современные технологии и надежное качество.
Ультразвуковыми аппаратами Hielscher можно дистанционно управлять через браузер. Параметры обработки ультразвуком можно контролировать и корректировать точно в соответствии с требованиями процесса.Передовые технологии, высокопроизводительное и сложное программное обеспечение превращают ультразвуковые аппараты Hielscher в надежных рабочих лошадей в вашем процессе производства электродов. Все ультразвуковые системы производятся в штаб-квартире в Тельтове, Германия, проверяются на качество и надежность, а затем распространяются из Германии по всему миру.
Сложное аппаратное и интеллектуальное программное обеспечение ультразвуковых аппаратов Hielscher предназначены для обеспечения надежной работы, воспроизводимых результатов, а также удобства для пользователя. Ультразвуковые аппараты Hielscher надежны и стабильны в производительности, что позволяет устанавливать их в сложных условиях и эксплуатировать в тяжелых условиях. Рабочие настройки могут быть легко доступны и набраны через интуитивно понятное меню, к которому можно получить доступ через цифровой цветной сенсорный дисплей и пульт дистанционного управления браузером. Поэтому все условия обработки, такие как чистая энергия, общая энергия, амплитуда, время, давление и температура, автоматически записываются на встроенную SD-карту. Это позволяет пересматривать и сравнивать предыдущие циклы обработки ультразвуком и оптимизировать синтез, функционализацию и дисперсию наноматериалов и композитов с максимальной эффективностью.
Ультразвуковые системы Hielscher используются во всем мире для сонохимического синтеза наноматериалов и доказали свою надежность для диспергирования наночастиц в стабильные коллоидные суспензии. Промышленные ультразвуковые аппараты Hielscher могут непрерывно работать на высоких амплитудах и рассчитаны на работу в режиме 24/7. Амплитуды до 200 мкм могут быть легко непрерывно генерируются стандартными сонотродами (ультразвуковыми зондами / рогами). Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды.
Ультразвуковые процессоры Hielscher для сонохимического синтеза, функционализации, наноструктурирования и деагломерации уже установлены во всем мире в промышленных масштабах. Свяжитесь с нами сейчас, чтобы обсудить ваш технологический этап с участием наноматериалов для производства батарей! Наши опытные сотрудники будут рады поделиться дополнительной информацией о превосходных результатах дисперсии, высокопроизводительных ультразвуковых системах и ценах!
Благодаря преимуществу ультразвуковой обработки, ваше передовое производство электродов и электролитов будет отличаться эффективностью, простотой и низкой стоимостью по сравнению с другими производителями электродов!

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Объем партии Скорость потока Рекомендуемые устройства
От 1 до 500 мл От 10 до 200 мл / мин UP100H
От 10 до 2000 мл От 20 до 400 мл / мин Uf200 ः т, UP400St
0.1 до 20L 0.2 до 4L / мин UIP2000hdT
От 10 до 100 литров От 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
не доступно От 10 до 100 л / мин UIP16000
не доступно больше кластер UIP16000

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Запросить дополнительную информацию

Пожалуйста, используйте форму ниже, чтобы запросить дополнительную информацию об ультразвуковых процессорах, приложениях и цене. Мы будем рады обсудить ваш процесс с Вами и предложить вам ультразвуковую систему, отвечая вашим требованиям!









Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ультразвуковые высокопоточные гомогенизаторы используются в лабораторной, настольной, пилотной и промышленной обработке.

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов для смешивания приложений, дисперсии, эмульгации и экстракции в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах.



Литература / Ссылки


Высокоэффективный ультразвук! Ассортимент продукции Hielscher охватывает весь спектр от компактного лабораторного ультразвукового аппарата до полностью промышленных ультразвуковых систем.

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов из лаборатория в промышленного размера.