Hielscher Ultrasonics
Radi prediskutujeme váš proces.
Zavolajte nám: +49 3328 437-420
Napíšte nám: info@hielscher.com

Sonochemická syntéza elektródových materiálov na výrobu batérií

Pri výrobe vysokovýkonných batériových článkov zohrávajú dôležitú úlohu nanoštruktúrované materiály a nanokompozity, ktoré poskytujú vynikajúcu elektrickú vodivosť, vyššiu hustotu skladovania, vysokú kapacitu a spoľahlivosť. Na dosiahnutie plnej funkčnosti nanomateriálov sa nanočastice musia jednotlivo rozptýliť alebo odlupovať a môžu si vyžadovať ďalšie kroky spracovania, ako je funkcionalizácia. Ultrazvukové nanospracovanie je vynikajúca, účinná a spoľahlivá technika na výrobu vysokovýkonných nanomateriálov a nanokompozitov pre pokročilú výrobu batérií.

Ultrazvuková disperzia elektrochemicky aktívnych materiálov v elektródových suspenziách

Nanomateriály sa používajú ako inovatívne elektródové materiály, čo viedlo k výraznému zvýšeniu výkonu nabíjateľných batérií. Prekonanie aglomerácie, agregácie a separácie fáz je rozhodujúce pre prípravu kalov na výrobu elektród, najmä ak ide o nanomateriály. Nanomateriály zväčšujú aktívnu plochu elektród batérií, čo im umožňuje absorbovať viac energie počas nabíjacích cyklov a zvýšiť ich celkovú kapacitu skladovania energie. Aby sa v plnej miere využila výhoda nanomateriálov, tieto nanoštruktúrované častice sa musia rozmotať a distribuovať ako samostatné častice v elektródovej suspenzii. Technológia ultrazvukovej dispergácie poskytuje sústredené sily s vysokým šmykom (sonomechnic), ako aj sonochemickú energiu, čo vedie k miešaniu atómovej hladiny a komplexácii nanomateriálov.
Nanočastice, ako je grafén, uhlíkové nanotrubice (CNT), kovy a minerály vzácnych zemín, musia byť rovnomerne rozptýlené do stabilnej suspenzie, aby sa získali vysoko funkčné materiály elektród.
Napríklad grafén a CNT sú dobre známe tým, že zvyšujú výkon batériových článkov, ale aglomeráciu častíc je potrebné prekonať. To znamená, že je bezpodmienečne potrebná vysokovýkonná disperzná technika schopná spracovávať nanomateriály a prípadne vysokú viskozitu. Ultrazvukové ultrazvuky sondového typu sú vysokovýkonnou dispergujúcou metódou, ktorá dokáže spoľahlivo a efektívne spracovať nanomateriály aj pri vysokom zaťažení pevnými látkami.

Žiadosť o informácie







Ultrazvukové nanodimenzovanie a funkcionalizácia častíc je dôležitým procesom pri výrobe vysokovýkonných batérií.

Vysokovýkonný ultrazvukový prietokový systém na spracovanie nanomateriálov. Vysokovýkonné nanomateriály sa používajú ako aktívne elektródové materiály v batériových článkoch.

Ultrazvukové spracovanie nanomateriálov pre batérie:

  • Disperzia nanosfér, nanotrubíc, nanodrôtov, nanotyčiniek, nanofúzov
  • Exfoliácia nanolistov a 2D materiálov
  • Syntéza nanokompozitov
  • Syntéza častíc jadra a plášťa
  • Funkcionalizácia nanočastíc (dopovaných / zdobených častíc)
  • Nanoštruktúrovanie

Prečo je sonikácia vynikajúcou technikou na spracovanie nanomateriálov?

Keď iné dispergovacie a miešacie techniky, ako sú mixéry s vysokým strihom, guľôčkové mlyny alebo vysokotlakové homogenizátory, ultrazvuk je metóda, ktorá vyniká spracovaním mikrónov a nanočastíc.
Vysokovýkonný ultrazvuk a ultrazvukom generovaná akustická kavitácia poskytujú jedinečné energetické podmienky a extrémnu hustotu energie, ktorá umožňuje deaglomeráciu alebo exfoliáciu nanomateriálov, ich funkcionalizáciu, syntetizáciu nanoštruktúr v procesoch zdola nahor a prípravu vysokovýkonných nanokompozitov.
Keďže ultrazvukové prístroje Hielscher umožňujú presnú kontrolu najdôležitejších parametrov ultrazvukového spracovania, ako je intenzita (Ws/ml), amplitúda (μm), teplota (ºC/ºF) a tlak (bar), podmienky spracovania je možné individuálne vyladiť na optimálne nastavenia pre každý materiál a proces. Ultrazvukové dispergátory sú preto veľmi univerzálne a možno ich použiť na mnohé aplikácie, napr. CNT disperziu, exfoliáciu grafénu, sonochemickú syntézu častíc jadrového plášťa alebo funkcionalizáciu kremíkových nanočastíc.

Sonochemicky syntetizovaný Na0,44MnO2 na použitie ako aktívny elektródový materiál v sodíkovo-iónových batériách.

SEM mikrosnímky sonochemicky pripraveného Na0,44MnO2 kalcináciou pri 900 °C počas 2 hodín.
(Štúdia a obrázok: ©Shinde et al., 2019)

Zistite viac o priemyselných ultrazvukoch Hielscher na spracovanie nanomateriálov pri výrobe batérií!

Výhody ultrazvukového spracovania nanomateriálov:

  • Vysoký výkon, vysoká účinnosť
  • Presne ovládateľný
  • Prispôsobiteľné aplikácii
  • Priemyselná trieda
  • Lineárne škálovateľné
  • Jednoduchá a bezpečná obsluha
  • Nákladová efektívnosť

Nižšie nájdete rôzne ultrazvukom riadené aplikácie spracovania nanomateriálov:

Ultrazvuková syntéza nanokompozitov

Ultrazvuková syntéza grafénu–SnO2 nanokompozit: Výskumný tím Deosakar et al. (2013) vyvinul ultrazvukom asistovanú cestu na prípravu nanokompozitu grafén-SnO2. Skúmali kavitačné účinky generované vysokovýkonným ultrazvukom počas syntézy kompozitu grafén-SnO2. Na sonikáciu použili zariadenie Hielscher Ultrasonics. Výsledky demonštrujú ultrazvukovo vylepšené jemné a rovnomerné zaťaženie SnO2 na grafénových nanovrstvách oxidačno-redukčnou reakciou medzi oxidom grafénu a SnCl2·2H2O v porovnaní s konvenčnými metódami syntézy.

Sonochemicky syntetizovaný SnO2-nanokompozit možno použiť ako anódový materiál v batériách.

Tabuľka znázorňujúca proces tvorby oxidu grafénu a SnO2–grafénový nanokompozit.
(Štúdia a obrázky: ©Deosakar et al., 2013)

SnO2–grafénový nanokompozit bol úspešne pripravený novou a účinnou cestou chemickej syntézy založenej na ultrazvuku a oxid grafénu bol redukovaný SnCl2 na grafénové dosky v prítomnosti HCl. Analýza TEM ukazuje rovnomerné a jemné zaťaženie SnO2 v grafénových nanolistoch. Ukázalo sa, že kavitačné účinky vytvorené použitím ultrazvukového ožarovania zintenzívňujú jemné a rovnomerné zaťaženie SnO2 na grafénových nanovrstvách počas oxidačno-redukčnej reakcie medzi oxidovým oxidom a SnCl2·2H2O. Zintenzívnené jemné a rovnomerné zaťaženie nanočastíc SnO2 (3–5 nm) na redukovaných grafénových nanovrstvách sa pripisuje zvýšenej nukleácii a prenosu rozpustených látok v dôsledku kavitačného účinku vyvolaného ultrazvukovým ožarovaním. Jemné a rovnomerné zaťaženie SnO2 nanočastice na grafénových nanovrstvách boli potvrdené aj z analýzy TEM. Aplikácia syntetizovaného SnO2–grafénový nanokompozit ako anódový materiál v lítium-iónových batériách. Kapacita SnO2– Li-batéria na báze grafénového nanokompozitu je stabilná približne 120 cyklov a batéria by mohla opakovať stabilnú reakciu nabíjania a vybíjania. (Deosakar a kol., 2013)

Ultrazvuková syntéza umožňuje vyrábať vysokovýkonné nanokompozity používané pri výrobe batérií.

TEM obrázok SnO2–grafénový nanokompozit pripravený sonochemickou metódou. Bar označuje pri (A) 10 nm, pri (B) pri 5 nm.
(Štúdia a obrázky: ©Deosakar et al., 2013)

Ultrazvuk s vysokou intenzitou je základnou technikou pri syntéze a funkcionalizácii nanomateriálov. Priemyselné ultrazvukové systémy sú schopné spracovať veľmi veľké objemy.

Priemyselný zmiešavací systém so 4x 4000 wattovými ultrazvukovými procesormi modelu UIP4000hdT na spracovanie nanomateriálov elektródových zlúčenín.

Žiadosť o informácie







Ultrazvuková disperzia nanočastíc do kalov batérií

Rozptyl komponentov electode: Waser et al. (2011) pripravili elektródy s fosforečnanom lítno-železitým (LiFePO4). Suspenzia obsahovala LiFePO4 ako aktívny materiál, sadze ako elektricky vodivú prísadu, ako spojivo bol použitý polyvinylidénfluorid rozpustený v N-metylpyrrolidinone (NMP). Pomer hmotnosti (po vysušení) AM/CB/PVDF v elektródach bol 83/8,5/8,5. Na prípravu suspenzií sa všetky zložky elektródy zmiešali v NMP s ultrazvukovým miešadlom (UP200H, Hielscher Ultrasonics) na 2 minúty pri 200 W a 24 kHz.
Nízka elektrická vodivosť a pomalá difúzia lítium-iónov pozdĺž jednorozmerných kanálov LiFePO4 možno prekonať vložením LiFePO4 vo vodivej matrici, napr. sadze. Keďže nanočastice a štruktúry častíc jadro-obal zlepšujú elektrickú vodivosť, technológia ultrazvukovej disperzie a sonochemická syntéza častíc jadra-obal umožňujú vyrábať vynikajúce nanokompozity pre aplikácie batérií.

Disperzia fosforečnanu lítno-železitého: Výskumný tím Hagberga (Hagberg et al., 2018) použil ultrazvuk UP100H pre postup štrukturálnej kladnej elektródy pozostávajúcej z uhlíkových vlákien potiahnutých lítium-železofosfátom (LFP). Uhlíkové vlákna sú súvislé, samostatne stojace vleky, ktoré fungujú ako zberače prúdu a poskytujú mechanickú tuhosť a pevnosť. Pre optimálny výkon sú vlákna potiahnuté jednotlivo, napr. pomocou elektroforetického nanášania.
Testovali sa rôzne hmotnostné pomery zmesí pozostávajúcich z LFP, CB a PVDF. Tieto zmesi boli potiahnuté uhlíkovými vláknami. Pretože nehomogénna distribúcia v kompozíciách náterového kúpeľa sa môže líšiť od zloženia v samotnom povlaku, na minimalizáciu rozdielu sa používa dôsledné miešanie ultrazvukom.
Poznamenali, že častice sú relatívne dobre rozptýlené v celom povlaku, čo sa pripisuje použitiu povrchovo aktívnej látky (Triton X-100) a ultrazvukovému kroku pred elektroforetickým nanášaním.

Ultrazvuková disperzia sa používa na homogenizáciu LFP, CB a PVDF pred elektroforetickým nanášaním.

Prierez a obrázky SEM s veľkým zväčšením uhlíkových vlákien potiahnutých EPD. Zmes LFP, CB a PVDF bola ultrazvukovo homogenizovaná pomocou ultrazvuk UP100H. Zväčšenia: a) 0,8 kx, b) 0,8 kx, c) 1,5 kx, d) 30 kx.
(Štúdia a obrázok: ©Hagberg et al., 2018)

Rozptyl LiNi0.5Mn1.5O4 Kompozitný katódový materiál:
Vidal et al. (2013) skúmali vplyv krokov spracovania, ako je sonikacia, tlak a zloženie materiálu pre LiNi0.5Mn1.5O4kompozitné katódy.
Kladné kompozitné elektródy s LiNi0.5 Mn1.5O4 spinel ako aktívny materiál, zmes grafitu a sadzí na zvýšenie elektrickej vodivosti elektródy a buď polyvinyldenfluorid (PVDF) alebo zmes PVDF s malým množstvom teflónu® (1 hm.) na vytvorenie elektródy. Boli spracované páskovým liatím na hliníkovú fóliu ako zberač prúdu pomocou techniky doctor blade. Okrem toho boli zmesi komponentov buď sonikované alebo nie, a spracované elektródy boli zhutnené alebo nie pri následnom lisovaní za studena. Boli testované dve formulácie:
A-zloženie (bez teflónu®): 78 hm. % LiNi0.5 Mn1.5O4; 7,5 hm. % sadzí; 2,5 hm. % grafitu; 12 hm. % PVDF
Formulácia B (s teflónom®): 78 % hmotnosti LiNi00.5Mn1.5O4; 7,5 % sadzí; 2,5 hm. % grafitu; 11 hm. % PVDF; 1 hm. % teflónu®
V oboch prípadoch boli zložky zmiešané a rozptýlené v N-metylpyrolidinóne (NMP). LiNi0.5 Mn1.5O4 spinel (2 g) spolu s ostatnými zložkami v už uvedených percentách bol rozptýlený v 11 ml NMP. V niektorých konkrétnych prípadoch bola zmes sonikovaná 25 minút a potom miešaná pri izbovej teplote 48 hodín. V niektorých iných sa zmes miešala pri izbovej teplote 48 hodín, teda bez sonikácie. Sonikácia podporuje homogénnu disperziu komponentov elektródy a získaná elektróda LNMS vyzerá rovnomernejšie.
Kompozitné elektródy s vysokou hmotnosťou do 17 mg/cm2 boli pripravené a študované ako kladné elektródy pre lítium-iónové batérie. Pridanie teflónu® a aplikácia sonikácie vedú k rovnomerným elektródam, ktoré sú dobre priľnuté k hliníkovej fólii. Oba parametre prispievajú k zlepšeniu kapacity vypúšťanej vysokou rýchlosťou (5 °C). Dodatočné zhutnenie zostáv elektróda/hliník výrazne zvyšuje možnosti rýchlosti elektród. Pri rýchlosti 5C sa pre elektródy so závažiami v rozmedzí 3-17 mg/cm zistili pozoruhodné zachovanie kapacity medzi 80 % a 90 %2, ktoré majú vo svojom zložení teflón®, pripravené po sonikácii ich zložiek a zhutnené pod 2 tony/cm2.
Stručne povedané, elektródy s 1 hmotnostným % teflónu® vo svojom zložení, ich zmesi zložiek podrobené sonikácii, zhutnené pri 2 tonách/cm2 a s hmotnosťou v rozmedzí 2,7-17 mg/cm2 preukázali pozoruhodnú rýchlosť. Aj pri vysokom prúde 5 ° C bola normalizovaná vybíjacia kapacita pre všetky tieto elektródy medzi 80 % a 90 %. (porovnaj Vidal et al., 2013)

UIP100hdT je 1kW stolový ultrazvuk na priemyselné spracovanie nanomateriálov v dávkovom alebo prietokovom režime.

Ultrazvuk UIP1000hdT (1000 W, 20 kHz) na spracovanie nanomateriálov v dávkovom alebo prietokovom režime.

Vysokovýkonné ultrazvukové dispergátory na výrobu batérií

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrába a distribuuje vysokovýkonné a vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia, ktoré sa používajú na spracovanie katódových, anódových a elektrolytových materiálov na použitie v lítium-iónových batériách (LIB), sodíkovo-iónových batériách (NIB) a iných batériových článkoch. Ultrazvukové systémy Hielscher sa používajú na syntézu nanokompozitov, funkcionalizáciu nanočastíc a rozptýlenie nanomateriálov do homogénnych, stabilných suspenzií.
Spoločnosť Hielscher ponúka portfólio od laboratórnych až po plne priemyselné ultrazvukové procesory a je lídrom na trhu s vysokovýkonnými ultrazvukovými dispergátormi. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics, ktorá pracuje už viac ako 30 rokov v oblasti syntézy nanomateriálov a zmenšovania veľkosti, má rozsiahle skúsenosti so spracovaním ultrazvukových nanočastíc a ponúka najvýkonnejšie a najspoľahlivejšie ultrazvukové procesory na trhu. Nemecké inžinierstvo poskytuje najmodernejšiu technológiu a robustnú kvalitu.
Ultrazvukové prístroje Hielscher je možné diaľkovo ovládať pomocou ovládania prehliadača. Parametre sonikácie je možné monitorovať a presne prispôsobovať požiadavkám procesu.Pokročilá technológia, vysoko výkonný a sofistikovaný softvér premenia ultrazvukové prístroje Hielscher na spoľahlivých pracovných koní vo vašom procese výroby elektród. Všetky ultrazvukové systémy sa vyrábajú v centrále v nemeckom Teltowe, testujú sa na kvalitu a robustnosť a následne sa distribuujú z Nemecka do celého sveta.
Sofistikovaný hardvér a inteligentný softvér ultrazvukových prístrojov Hielscher sú navrhnuté tak, aby zaručovali spoľahlivú prevádzku, reprodukovateľné výsledky a užívateľskú prívetivosť. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú robustné a majú konzistentný výkon, čo umožňuje ich inštaláciu do náročných prostredí a ich prevádzku v náročných podmienkach. Prevádzkové nastavenia sú ľahko prístupné a vytočené pomocou intuitívneho menu, ku ktorému je možné pristupovať prostredníctvom digitálneho farebného dotykového displeja a diaľkového ovládača prehliadača. Preto sa všetky podmienky spracovania, ako je čistá energia, celková energia, amplitúda, čas, tlak a teplota, automaticky zaznamenávajú na vstavanú SD kartu. To vám umožní revidovať a porovnávať predchádzajúce sonikácie a optimalizovať syntézu, funkcionalizáciu a disperziu nanomateriálov a kompozitov s najvyššou účinnosťou.
Ultrazvukové systémy Hielscher sa používajú na celom svete na sonochemickú syntézu nanomateriálov a sú preukázateľne spoľahlivé na disperziu nanočastíc do stabilných koloidných suspenzií. Priemyselné ultrazvukové prístroje Hielscher môžu nepretržite pracovať s vysokými amplitúdami a sú skonštruované pre prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko kontinuálne generovať pomocou štandardných sonotród (ultrazvukové sondy / rohy). Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy.
Ultrazvukové procesory Hielscher pre sonochemickú syntézu, funkcionalizáciu, nanoštruktúrovanie a deaglomeráciu sú už inštalované na celom svete v komerčnom meradle. Kontaktujte nás teraz a prediskutujte svoj procesný krok zahŕňajúci nanomateriály na výrobu batérií! Náš skúsený personál sa rád podelí o viac informácií o vynikajúcich výsledkoch disperzie, vysokovýkonných ultrazvukových systémoch a cenách!
Vďaka výhode ultrazvuku bude vaša pokročilá výroba elektród a elektrolytov vynikať účinnosťou, jednoduchosťou a nízkymi nákladmi v porovnaní s inými výrobcami elektród!

Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:

Objem dávky Prietok Odporúčané zariadenia
1 až 500 ml 10 až 200 ml/min UP100H
10 až 2000 ml 20 až 400 ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20 l 00,2 až 4 l/min UIP2000hdT
10 až 100 l 2 až 10 l/min UIP4000hdT
N.A. 10 až 100 l/min UIP16000
N.A. väčší Zhluk UIP16000

Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Pomocou nižšie uvedeného formulára si môžete vyžiadať ďalšie informácie o ultrazvukových procesoroch, aplikáciách a cene. Radi s vami prediskutujeme váš proces a ponúkneme vám ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov.




Ultrazvukové homogenizátory s vysokým šmykom sa používajú v laboratórnych, stolových, pilotných a priemyselných spracovaniach.

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory na miešanie, disperziu, emulgáciu a extrakciu v laboratórnom, pilotnom a priemyselnom meradle.



Literatúra / Referencie


Vysoko výkonné ultrazvuky! Sortiment produktov spoločnosti Hielscher pokrýva celé spektrum od kompaktného laboratórneho ultrazvuku cez stolové jednotky až po plne priemyselné ultrazvukové systémy.

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.

Radi prediskutujeme váš proces.

Poďme sa skontaktovať.