Sonokemisk syntes av elektrodmaterial för batteriproduktion

Vid produktion av högpresterande battericeller spelar nanostrukturerade material och nanokompositer en viktig roll som ger överlägsen elektrisk ledningsförmåga, högre lagringstäthet, hög kapacitet och tillförlitlighet. För att nanomaterialens fulla funktioner ska kunna uppnås måste nanopartiklarna spridas individuellt eller exfolieras och kan behöva ytterligare bearbetningssteg såsom funktionalisering. Ultraljud nano-bearbetning är den överlägsna, effektiva och tillförlitliga tekniken för att producera högpresterande nanomaterial och nanokompositer för avancerad batteriproduktion.

Ultraljud dispersion av elektrokemiskt aktiva material i elektrod flytgödsel

Nanomaterial används som innovativa elektrodmaterial, vilket resulterade i avsevärt förbättrad prestanda hos uppladdningsbara batterier. Att övervinna agglomeration, aggregering och fasseparation är avgörande för beredningen av uppslamningar för elektrodtillverkning, särskilt när material i nanostorlek är inblandade. Nanomaterial ökar batterielektrodernas aktiva yta, vilket gör att de kan absorbera mer energi under laddningscyklerna och öka sin totala energilagringskapacitet. För att få full nytta av nanomaterial måste dessa nanostrukturerade partiklar vara de-entanggles och fördelas som separata partiklar i elektroduppslamningen. Ultraljud spridning teknik ger fokuserade högskjuvning (sonomechnical) krafter samt sonochemical energi, vilket leder till atomnivå blandning och komplex av nano-storlek material.
Nanopartiklar som grafen, kolnanorör (CNT), metaller och sällsynta jordartsmetaller måste spridas jämnt till ett stabilt slam för att erhålla mycket funktionella elektrodmaterial.
Till exempel är grafen och CNT välkända för att förbättra battericellens prestanda, men partikelagglomeration måste övervinnas. Detta innebär att det absolut krävs en högpresterande spridningsteknik som kan bearbeta nanomaterial och eventuellt höga viskositeter. Ultraljudsapparater av sondtyp är den högpresterande spridningsmetoden, som kan bearbeta nanomaterial även vid höga fasta belastningar på ett tillförlitligt och effektivt sätt.

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultraljud nano-storlek och funktionalisering av partiklar är en viktig process i högpresterande batteriproduktion.

Hög effekt ultraljud genomströmningssystem för nanomaterial bearbetning. Högpresterande nanomaterial används som aktiva elektrodmaterial i battericeller.

Ultraljud nanomaterial bearbetning för batterier:

  • Spridning av nanosfärer, nanorör, nanotrådar, nanoroder, nanowhiskers
  • Exfoliering av nanoblad och 2D-material
  • Syntes av nanokompositer
  • Syntes av kärnskalpartiklar
  • Funktionalisering av nanopartiklar (dopade / dekorerade partiklar)
  • Nanostrukturering

Varför är ultraljudsbehandling den överlägsna tekniken för nanomaterialbehandling?

När andra spridnings- och blandningstekniker som högskjuvningsblandare, pärlkvarnar eller högtryckshomogenisatorer kommer till sina gränser, ultraljud är den metod som sticker ut för mikron- och nanopartiklar bearbetning.
Hög effekt ultraljud och ultraljud genererade akustisk kavitation ger unika energiförhållanden och extrem energitäthet som gör det möjligt att deagglomerate eller exfoliera nanomaterial, att funktionalisera dem, syntetisera nanostrukturer i bottom-up processer, och att förbereda högpresterande nanokompositer.
Eftersom Hielscher ultrasonicators tillåter exakt kontroll av de viktigaste ultraljud bearbetning parametrar såsom intensitet (Ws /mL), amplitud (μm), temperatur (ºC /ºF) och tryck (bar), bearbetningsförhållanden kan individuellt ställas in till optimala inställningar för varje material och process. Därmed är ultraljud dispersrar mycket mångsidiga och kan användas för många applikationer, t.ex. CNT dispersion, grafen exfoliering, sonokemisk syntes av kärnskalpartiklar eller funktionalisering av kiselnanopartiklar.

Sonochemically syntetiserade Na0.44MnO2 för användning som aktivt elektrodmaterial i natriumjonbatterier.

SEM mikrografer av sonochemically beredda Na0.44MnO2 genom kalcination vid 900°C för 2 h.
(Studie och bild: ©Shinde et al., 2019)

Läs mer om Hielscher industriella ultraljudsapparater för nanomaterialbehandling i batteritillverkning!

Fördelar med ultraljud nanomaterial bearbetning:

  • Hög prestanda och hög effektivitet
  • Exakt kontrollerbar
  • Kan justeras till applikation
  • industriell kvalitet
  • Linjärt skalbar
  • Enkel och säker drift
  • Kostnad-efficent

Nedan hittar du olika ultraljudsdrivna tillämpningar av nanomaterialbehandling:

Ultraljud syntes av nanokompositer

Ultraljud syntes av grafen-SnO2 nanokomposit: Forskargruppen av Deosakar et al. (2013) utvecklade en ultraljudsassisterad väg för att förbereda en grafen-SnO2 nanokomposit. De undersökte kavitationseffekterna som genereras av hög effekt ultraljud under syntesen av grafen-SnO2 komposit. För ultraljudsbehandling använde de en Hielscher Ultrasonics enhet. Resultaten visar en ultraljudsförbglig fin och enhetlig belastning av SnO2 på grafennanoblad genom oxidationsreduktionsreaktion mellan grafenoxid och SnCl2· 2H2O jämfört med konventionella syntesmetoder.

Sonochemically syntetiserad SnO2-nanokomposit kan användas som anodmaterial i batterier.

Diagram som visar bildningsprocessen för grafenoxid och SnO2–grafen nanokomposit.
(Studie och bilder: ©Deosakar et al., 2013)

SnO2– Grafennanokomposit har framgångsrikt förberetts genom en ny och effektiv ultraljudsassisterad lösningsbaserad kemisk syntesväg och grafenoxid minskades av SnCl2 grafenblad i närvaro av HCl. TEM-analys visar den enhetliga och fina belastningen av SnO2 i grafennanoblad. De kavitationseffekter som produceras på grund av användning av ultraljud bestrålningar har visat sig intensifiera den fina och enhetliga belastningen av SnO2 på grafennanoblad under oxidationsreduktionsreaktion mellan grafenoxid och SnCl2· 2H2O. Intensifierad fin och enhetlig belastning av SnO2 nanopartiklar (3-5 nm) på reducerade grafen nanoblad tillskrivs den förbättrade nukleation och lösning överföring på grund av kavitational effekt induceras av ultraljud bestrålning. Fin och enhetlig lastning av SnO2 nanopartiklar på grafennanoblad bekräftades också från TEM-analysen. Tillämpningen av syntetiserad SnO2– Grafennanokomposit som anodmaterial i litiumjonbatterier demonstreras. SnO:s kapacitet2–Grafennanokompositbaserat Li-batteri är stabilt i cirka 120 cykler, och batteriet kan upprepa en stabil laddningsurladdningsreaktion. (Deosakar et al., 2013)

Ultraljud syntes gör det möjligt att tillverka högpresterande nanokompositer som används i batteritillverkning.

TEM-bild av SnO2–Grafen nanokomposit beredd med sonokemisk metod. Stapel anger vid (A) 10nm , vid (B) vid 5nm.
(Studie och bilder: ©Deosakar et al., 2013)

Högintensiv ultraljud är en viktig teknik i nanomaterialsyntes och funktionalisering. Industriella ultraljudssystem kan bearbeta mycket stora volymer.

Industriellt blandningssystem med 4x 4000 watt ultrasonicators av modellen UIP4000hdT för bearbetning av nanomaterial av elektrodföreningar.

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultraljud spridning av nanopartiklar i batteri slam

Spridning av electodkomponenter: (2011) beredda elektroder med litiumjärnfosfat (LiFePO4). Slammet innehöll LiFePO4 som aktivt material, kolsvart som elektriskt ledande tillsats, polyvinylidenfluorid upplöst i N-metylpyrrolidinon (NMP) användes som bindemedel. Massförhållandet (efter torkning) av AM/CB/PVDF i elektroderna var 83/8,5/8,5. För att förbereda suspensionerna blandades alla elektrodbeståndsdelar i NMP med en ultraljudsrörare (UP200H, Hielscher Ultraljud) i 2 min vid 200 W och 24 kHz.
Låg elektrisk ledningsförmåga och långsam Li-jon diffusion längs LiFePO:s endimensionella kanaler4 kan övervinnas genom att bädda in LiFePO4 i en ledande matris, t.ex. kolsvart. Eftersom nanostora partiklar och kärnskal partikelstrukturer förbättrar elektrisk ledningsförmåga, ultraljud dispersion teknik och sonokemisk syntes av kärnskal partiklar gör det möjligt att producera överlägsen nanokompositer för batteriapplikationer.

Spridning av litiumjärnfosfat: Hagbergs forskargrupp (Hagberg et al., 2018) använde ultraljudsdon UP100H för förfarandet med strukturell positiv elektrod bestående av litiumjärnfosfat (LFP) belagda kolfibrer. Kolfibrerna är kontinuerliga, fristående släp som fungerar som strömsamlare och ger mekanisk styvhet och styrka. För optimal prestanda är fibrerna belagda individuellt, t.ex. med hjälp av elektroforetisk deposition.
Olika viktkvoter för blandningar bestående av LFP, CB och PVDF testades. Dessa blandningar var belagda på kolfibrer. Eftersom inhomogen fördelning i beläggningsbadkompositioner kan skilja sig från kompositionen i själva beläggningen, används rigorös omrörning genom ultraljud för att minimera skillnaden.
De noterade att partiklarna är relativt väl spridda över hela beläggningen som tillskrivs användningen av tensid (Triton X-100) och ultraljudssteget före elektroforetisk nedfall.

Ultraljud dispersion används för att homogenisera LFP, CB och PVDF före elektroforetisk nedfall.

Tvärsnitt och hög förstoring SEM bilder av EPD-belagda kolfibrer. Blandningen av LFP, CB och PVDF homogeniserades ultraljud med hjälp av ultraljudsdon UP100H. Förstoringar: a) 0,8 kx, b) 0,8 kx, c) 1,5 kx, d) 30kx.
(Studie och bild: ©Hagberg et al., 2018)

Spridning av LiNi05. den femteMn1,5den4 kompositkatodmaterial:
(2013) undersökte påverkan av bearbetningssteg som ultraljudsbehandling, tryck och materialsammansättning för LiNi05. den femteMn1,5den4kompositkatoder.
Positiva kompositelektroder med LiNi05. den femte Mn1,5O4 spinel som aktivt material, en blandning av grafit och kolsvart för att öka elektrodens elektriska ledningsförmåga och antingen polyvinyldenfluorid (PVDF) eller en blandning av PVDF med en liten mängd Teflon® (1 wt%) för att bygga upp elektroden. De har bearbetats genom tejpgjutning på en aluminiumfolie som strömsamlare med hjälp av läkarens bladteknik. Dessutom var komponentblandningarna antingen sonicated eller inte, och de bearbetade elektroderna komprimerades eller inte under efterföljande kallpressning. Två formuleringar har testats:
A-Formulering (utan Teflon®): 78 wt% LiNi05. den femte Mn1,5O4; 7.5 wt% Kolsvart; 2,5 wt% grafit; 12 wt% PVDF
B-Formulering (med Teflon®): 78wt% LiNi005. den femteMn1,5O4; 7.5wt% Kolsvart; 2,5 wt% grafit; 11 wt% PVDF; 1 wt% Teflon®
I båda fallen blandades och spreds komponenterna i N-metylpyrrolidinon (NMP). LiNi05. den femte Mn1,5O4 spinel (2g) tillsammans med de andra komponenterna i de nämnda procentsatserna som redan ställts in skingrades i 11 ml NMP. I vissa särskilda fall soniskerades blandningen i 25 min och omrördes sedan vid rumstemperatur i 48 timmar. I vissa andra rördes blandningen bara i rumstemperatur i 48 timmar, dvs utan ultraljudsbehandling. Ultraljudsbehandling främjar en homogen spridning av elektrodkomponenterna och den LNMS-elektrod som erhållits ser mer enhetlig ut.
Kompositelektroder med hög vikt, upp till 17 mg/cm2, framställdes och studerades som positiva elektroder för litiumjonbatterier. Tillsatsen av Teflon® och tillämpningen av ultraljudsbehandlingen leder till enhetliga elektroder som är väl vidhäftade vid aluminiumfolien. Båda parametrarna bidrar till att förbättra den kapacitet som dräneras i hög takt (5C). Ytterligare komprimering av elektrod-/aluminiumenheterna förbättrar elektrodhastigheten anmärkningsvärt. Vid 5C-hastighet finns anmärkningsvärda kapacitetsretentioner mellan 80% och 90% för elektroder med vikter i intervallet 3-17mg/cm2, med Teflon® i sin formulering, beredd efter ultraljudsbehandling av deras komponentblandningar och komprimerad under 2 ton/cm2.
Sammanfattningsvis, elektroder med 1 wt% Teflon® i sin formulering, deras komponent blandningar utsätts för en ultraljudsbehandling, komprimeras vid 2 ton/cm2 och med vikter i intervallet 2,7-17 mg/cm2 visade en anmärkningsvärd hastighet kapacitet. Även vid den höga strömmen av 5C var den normaliserade urladdningskapaciteten mellan 80% och 90% för alla dessa elektroder. (jfr Vidal et al., 2013)

UIP100hdT är en 1kW bänk-top ultrasonicator för industriell nanomaterial bearbetning i batch eller genomströmningsläge.

Ultrasonicator UIP1000hdT (1000W, 20kHz) för nanomaterialbearbetning i batch- eller genomflödesläge.

Högpresterande ultraljudsdisperser för batteriproduktion

Hielscher Ultrasonics designar, tillverkar och distribuerar hög effekt, högpresterande ultraljud utrustning, som används för att bearbeta katod, anod, och elektrolyt material för användning i litiumjonbatterier (LIB), natriumjonbatterier (NIB), och andra battericeller. Hielscher ultraljudssystem används syntetisera nanokompositer, funktionalisera nanopartiklar och sprida nanomaterial i homogena, stabila suspensioner.
Hielscher erbjuder en portfölj från labb till fullt industriella ultraljud processorer, hielscher är marknadsledande för högpresterande ultraljud dispersers. Arbetar sedan mer än 30 år inom nanomaterialsyntes och storleksminskning, Hielscher Ultrasonics har lång erfarenhet av ultraljud nanopartikel bearbetning och erbjuder de mest kraftfulla och tillförlitliga ultraljud processorer på marknaden. Tysk teknik ger toppmodern teknik och robust kvalitet.
Hielscher ultrasonicators kan fjärrstyras via webbläsarkontroll. Ultraljudsbehandling parametrar kan övervakas och justeras exakt till processkraven.Avancerad teknik, högpresterande och sofistikerad programvara förvandlar Hielscher ultrasonicators till pålitliga arbetshästar i din elektrod tillverkningsprocess. Alla ultraljudssystem tillverkas i huvudkontoret i Teltow, Tyskland, testas för kvalitet och robusthet och distribueras sedan från Tyskland över hela världen.
Den sofistikerade hårdvaran och smart programvara av Hielscher ultrasonicators är utformade för att garantera tillförlitlig drift, reproducerbara resultat samt användarvänlighet. Hielscher ultrasonicators är robusta och konsekventa i prestanda, vilket gör det möjligt att installera dem i krävande miljöer och att använda dem under tunga förhållanden. Driftsinställningar kan enkelt nås och ringas via intuitiv meny, som kan nås via digital färgpekskärm och webbläsarfjärrkontroll. Därför registreras alla bearbetningsförhållanden som nettoenergi, total energi, amplitud, tid, tryck och temperatur automatiskt på ett inbyggt SD-kort. Detta gör att du kan revidera och jämföra tidigare ultraljudskörningar och optimera syntes, funktionalisering och spridning av nanomaterial och kompositer till högsta effektivitet.
Hielscher Ultraljudssystem används över hela världen för sonochemical syntes av nanomaterial och har visat sig vara tillförlitliga för spridning av nanopartiklar i stabila kolloidala suspensioner. Hielscher industriella ultraljud kan kontinuerligt köra höga amplituder och är byggda för 24/7 drift. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt genereras kontinuerligt med vanliga sonotrodes (ultraljudssonder / horn). För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljud sonotrodes tillgängliga.
Hielscher ultraljud processorer för sonochemical syntes, funktionalisering, nano-strukturering och deagglomeration är redan installerade över hela världen i kommersiell skala. Kontakta oss nu för att diskutera ditt processsteg med nanomaterial för batteritillverkning! Vår erfarna personal kommer gärna att dela mer information om överlägsna spridningsresultat, högpresterande ultraljudssystem och prissättning!
Med fördelen av ultraljud, din avancerade elektrod och elektrolyt produktion kommer att utmärka sig i effektivitet, enkelhet och låg kostnad jämfört med andra elektrod tillverkare!

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera:

batch Volym Flödeshastighet Rekommenderade Devices
1 till 500 ml 10 till 200 ml / min UP100H
10 till 2000 ml 20 till 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 till 20L 0.2 till 4L / min UIP2000hdT
10 till 100 liter 2 till 10 1 / min UIP4000hdT
n.a. 10 till 100 l / min UIP16000
n.a. större kluster av UIP16000

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljudprocessorer, applikationer och pris. Vi kommer gärna att diskutera din process med dig och att erbjuda dig ett ultraljudssystem som uppfyller dina krav!









Observera att våra Integritetspolicy.


Ultraljud hög skjuvning homogenisatorer används i labb, bänk-top, pilot och industriell bearbetning.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer för blandning av applikationer, spridning, emulgering och utvinning på labb, pilot och industriell skala.



Litteratur / Referenser


Högpresterande ultraljud! Hielschers produktsortiment täcker hela spektrumet från den kompakta labb ultrasonicator över bänkenheter till fullindustriella ultraljudssystem.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljud homogenisatorer från Labb till industriell storlek.