Yuqori samarali akkumulyator hujayralarini ishlab chiqarishda nanostrukturali materiallar va nanokompozitlar yuqori elektr o'tkazuvchanligini, yuqori saqlash zichligini, yuqori quvvat va ishonchlilikni ta'minlaydigan muhim rol o'ynaydi. Nanomateryallarning to'liq funksiyalariga erishish uchun nano-zarralar alohida-alohida tarqatilishi yoki eksfoliatsiya qilinishi kerak va funksionallashtirish kabi keyingi ishlov berish bosqichlarini talab qilishi mumkin. Ultrasonik nano-qayta ishlash ilg'or akkumulyator ishlab chiqarish uchun yuqori samarali nanomateriallar va nanokompozitlarni ishlab chiqarishning yuqori, samarali va ishonchli usuli hisoblanadi.

Elektrod shlamlaridagi elektrokimyoviy faol moddalarning ultratovush dispersiyasi

Nanomateriallar innovatsion elektrod materiallari sifatida ishlatiladi, bu esa qayta zaryadlanuvchi batareyalarning ishlashini sezilarli darajada yaxshilagan. Aglomeratsiyani, agregatsiyani va fazalarni ajratishni engib o'tish elektrod ishlab chiqarish uchun shlamlarni tayyorlash uchun, ayniqsa nano o'lchamdagi materiallar ishtirok etganda juda muhimdir. Nanomateriallar akkumulyator elektrodlarining faol sirt maydonini oshiradi, bu ularga zaryadlash davrlarida ko'proq energiya olish va umumiy energiya saqlash hajmini oshirish imkonini beradi. Nanomateryallarning to'liq afzalliklariga ega bo'lish uchun bu nano-tuzilmali zarralar chigal bo'lmasligi va elektrod shlamida alohida zarrachalar sifatida tarqalishi kerak. Ultrasonik disperslash texnologiyasi yo'naltirilgan yuqori kesish (sonotexnik) kuchlarni, shuningdek, nano-o'lchamdagi materiallarni atom darajasida aralashtirish va murakkablashtirishga olib keladigan sonokimyoviy energiyani ta'minlaydi.
Grafen, uglerod nanotubalari (CNT), metallar va noyob tuproq minerallari kabi nano-zarralar yuqori funktsional elektrod materiallarini olish uchun barqaror atala ichiga bir xilda tarqalishi kerak.
Misol uchun, grafen va CNTs batareya xujayrasi ish faoliyatini yaxshilash uchun yaxshi ma'lum, ammo zarrachalar aglomeratsiyasini engish kerak. Bu shuni anglatadiki, nanomateriallarni va, ehtimol, yuqori yopishqoqlikni qayta ishlashga qodir bo'lgan yuqori samarali dispersiya texnikasi mutlaqo talab qilinadi. Prob tipidagi ultrasonikatorlar yuqori samarali disperslash usuli bo'lib, ular nanomateriallarni yuqori qattiq yuklarda ham ishonchli va samarali qayta ishlay oladi.

Nima uchun sonikatsiya nanomateriallarni qayta ishlashning eng yaxshi usuli hisoblanadi?

Yuqori kesish mikserlari, boncuk tegirmonlari yoki yuqori bosimli gomogenizatorlar kabi boshqa tarqatish va aralashtirish usullari o'z chegaralariga kelganda, ultratovush mikron va nano-zarrachalarni qayta ishlash uchun ajralib turadigan usuldir.
Yuqori quvvatli ultratovush va ultratovush yordamida yaratilgan akustik kavitatsiya noyob energiya sharoitlari va ekstremal energiya zichligini ta'minlaydi, bu nanomateriallarni deaglomeratsiya qilish yoki tozalash, ularni funksionallashtirish, pastdan yuqoriga qarab jarayonlarda nanostrukturalarni sintez qilish va yuqori samarali nanokompozitlarni tayyorlash imkonini beradi.
Hielscher ultrasonikatorlari intensivlik (Ws/ml), amplituda (mkm), harorat (ºC/ºF) va bosim (bar) kabi eng muhim ultratovushli ishlov berish parametrlarini aniq nazorat qilish imkonini berganligi sababli, ishlov berish shartlari individual ravishda optimal sozlamalarga sozlanishi mumkin. har bir material va jarayon. Shunday qilib, ultratovushli disperserlar juda ko'p qirrali va ko'plab ilovalar uchun ishlatilishi mumkin, masalan, CNT dispersiyasi, grafen eksfoliatsiyasi, yadro qobig'i zarralarining sonokimyoviy sintezi yoki kremniy nanozarrachalarini funksionallashtirish.

2 soat davomida 900 ° C da kalsinatsiya yo'li bilan sonokimyoviy tayyorlangan Na0.44MnO2 ning SEM mikrografiyalari.
(O'rganish va rasm: ©Shinde va boshqalar, 2019)

Batareya ishlab chiqarishda nanomateriallarni qayta ishlash uchun Hielscher sanoat ultrasonikatorlari haqida ko'proq bilib oling!

Quyida nanomateriallarni qayta ishlashning ultratovushli turli ilovalarini topishingiz mumkin:

Nanokompozitlarning ultratovushli sintezi

Grafen-SnO ning ultratovushli sintezi₂ nanokompozit: Deosakar va boshqalarning tadqiqot guruhi. (2013) grafen-SnO2 nanokompozitini tayyorlash uchun ultratovush yordamida yo'lni ishlab chiqdi. Ular grafen-SnO2 kompozitsiyasini sintez qilish jarayonida yuqori quvvatli ultratovush yordamida hosil bo'lgan kavitatsion ta'sirlarni o'rgandilar. Sonikatsiya uchun ular Hielscher Ultrasonics qurilmasidan foydalanganlar. Natijalar SnO ning ultratovushli yaxshilangan nozik va bir xil yuklanishini ko'rsatadi₂ grafen oksidi va SnCl o'rtasidagi oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi orqali grafen nano varaqlarida₂· 2H₂An'anaviy sintez usullari bilan solishtirganda O.

Grafen oksidi va SnO ning hosil bo'lish jarayonini ko'rsatadigan diagramma₂-grafen nanokompoziti.
(O'rganish va rasmlar: ©Deosakar va boshqalar, 2013)

SnO₂-grafen nanokompoziti yangi va samarali ultratovush yordamida eritmaga asoslangan kimyoviy sintez yo'li orqali muvaffaqiyatli tayyorlandi va grafen oksidi SnCl tomonidan kamaytirildi.₂ HCl ishtirokida grafen varaqlariga. TEM tahlili SnO ning bir xil va nozik yuklanishini ko'rsatadi₂ grafen nano varaqlarida. Ultrasonik nurlanishdan foydalanish natijasida hosil bo'lgan kavitatsion ta'sirlar grafen oksidi va SnCl o'rtasidagi oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi paytida SnO2 ning grafen nano varaqlariga nozik va bir xil yuklanishini kuchaytirishi ko'rsatilgan.₂· 2H₂O. SnO2 nanozarrachalarining (3-5 nm) qisqartirilgan grafen nano-varaqlarida kuchaytirilgan nozik va bir xil yuklanishi ultratovushli nurlanishlar natijasida yuzaga keladigan kavitatsion ta'sir tufayli yaxshilangan yadrolanish va erigan moddalarning uzatilishi bilan bog'liq. SnO ning nozik va bir xil yuklanishi₂ grafen nano varaqlaridagi nanozarrachalar ham TEM tahlilidan tasdiqlangan. Sintezlangan SnO ning qo'llanilishi₂-litiy-ionli batareyalarda anod materiali sifatida grafen nanokompoziti ko'rsatilgan. SnO ning sig'imi₂-grafenli nanokompozit asosidagi Li-batareya taxminan 120 sikl uchun barqarordir va batareya barqaror zaryadlash-tozalash reaktsiyasini takrorlashi mumkin. (Deosakar va boshq., 2013)

SnO ning TEM tasviri₂-sonokimyoviy usulda tayyorlangan grafen nano-kompozitsiyasi. Bar (A) 10nm da, (B) da 5nm da ko'rsatadi.
(O'rganish va rasmlar: ©Deosakar va boshqalar, 2013)

Nanozarrachalarning ultratovushli dispersiyasi akkumulyator shlamlari

Elektrod komponentlarining tarqalishi: Waser va boshqalar. (2011) lityum temir fosfat (LiFePO.) bilan elektrodlar tayyorladi₄). Atlama tarkibida faol material sifatida LiFePO4, elektr o'tkazuvchan qo'shimcha sifatida uglerod qora, bog'lovchi sifatida N-metilpirolidinonda (NMP) erigan poliviniliden ftorid ishlatilgan. Elektrodlardagi AM / CB / PVDF ning massa nisbati (quritgandan keyin) 83 / 8,5 / 8,5 edi. Suspenziyalarni tayyorlash uchun barcha elektrod tarkibiy qismlari ultratovushli aralashtirgich bilan NMP da aralashtirildi (UP200H, Hielscher ultratovush) 2 min uchun 200 Vt va 24 kHz.
LiFePO ning bir o'lchovli kanallari bo'ylab past elektr o'tkazuvchanligi va sekin Li-ion diffuziyasi₄ LiFePO ni o'rnatish orqali engish mumkin₄ Supero'tkazuvchilar matritsada, masalan, uglerod qora. Nano-o'lchamdagi zarrachalar va yadro qobig'i zarracha tuzilmalari elektr o'tkazuvchanligini yaxshilaganligi sababli, ultratovushli dispersiya texnologiyasi va yadro qobig'i zarralarining sonokimyoviy sintezi batareyadan foydalanish uchun yuqori nanokompozitlarni ishlab chiqarishga imkon beradi.

Litiy temir fosfatning tarqalishi: Hagbergning tadqiqot guruhi (Hagberg va boshq., 2018) dan foydalangan ultrasonikator UP100H lityum temir fosfat (LFP) bilan qoplangan uglerod tolalaridan tashkil topgan strukturaviy musbat elektrod protsedurasi uchun. Uglerod tolalari tok kollektorlari vazifasini bajaradigan uzluksiz, o'z-o'zidan turuvchi tortmalar bo'lib, mexanik qattiqlik va mustahkamlikni ta'minlaydi. Optimal ishlash uchun tolalar alohida-alohida, masalan, elektroforetik cho'kma yordamida qoplanadi.
LFP, CB va PVDF dan tashkil topgan aralashmalarning turli vazn nisbati sinovdan o'tkazildi. Ushbu aralashmalar uglerod tolalari ustiga qoplangan. Qoplama vannasi tarkibidagi bir hil bo'lmagan taqsimot qoplamaning o'zi tarkibidan farq qilishi mumkinligi sababli, farqni kamaytirish uchun ultratovush yordamida qattiq aralashtirish qo'llaniladi.
Ular zarralar sirt faol moddasi (Triton X-100) va elektroforetik yotqizishdan oldingi ultratovush bosqichidan foydalanish bilan bog'liq bo'lgan qoplama bo'ylab nisbatan yaxshi tarqalganligini ta'kidladilar.

EPD bilan qoplangan uglerod tolalarining ko'ndalang kesimi va yuqori kattalashtirilgan SEM tasvirlari. LFP, CB va PVDF aralashmasi ultratovush yordamida homogenlashtirildi ultrasonikator UP100H. Kattalashtirish: a) 0,8kx, b) 0,8kx, c) 1,5kx, d) 30kx.
(O'rganish va rasm: ©Hagberg va boshqalar, 2018)

LiNi ning tarqalishi_0.5Mn_1,5The₄ kompozit katod materiallari:
Vidal va boshqalar. (2013) LiNi uchun sonikatsiya, bosim va material tarkibi kabi ishlov berish bosqichlarining ta'sirini o'rganib chiqdi._0.5Mn_1,5The₄kompozit katodlar.
LiNi ga ega musbat kompozit elektrodlar_0.5 Mn_1,5Aktiv material sifatida O4 shpinel, elektrodning elektr o'tkazuvchanligini oshirish uchun grafit va qora uglerod aralashmasi va polivinildeneflorid (PVDF) yoki elektrodni qurish uchun oz miqdorda Teflon® (1 og'irlik%) bilan PVDF aralashmasi. Ular doktor pichoq texnikasidan foydalangan holda tok kollektori sifatida alyuminiy folga ustiga lenta quyish orqali qayta ishlandi. Bundan tashqari, komponent aralashmalari sonikatsiyalangan yoki yo'q, va qayta ishlangan elektrodlar siqilgan yoki keyingi sovuq bosim ostida emas. Ikkita formulalar sinovdan o'tkazildi:
A-formulasi (Teflon®siz): 78 wt% LiNi_0.5 Mn_1,5O4; 7,5 og'irligi% uglerod qora; og'irligi 2,5% grafit; 12 og'irlik% PVDF
B-formulasi (Teflon® bilan): 78wt% LiNi0_0.5Mn_1,5O4; 7,5 og'irligi% uglerod qora; og'irligi 2,5% grafit; 11 og'irlik% PVDF; 1 og'irlik% Teflon®
Ikkala holatda ham komponentlar aralashtiriladi va N-metilpirolidinonda (NMP) tarqaldi. LiNi_0.5 Mn_1,5O4 shpinel (2 g) yuqorida ko'rsatilgan foizlardagi boshqa komponentlar bilan birgalikda 11 ml NMPda tarqatildi. Ba'zi hollarda, aralashma 25 daqiqa davomida sonikatsiyalangan va keyin xona haroratida 48 soat davomida aralashtiriladi. Ba'zilarida, aralashma xona haroratida 48 soat davomida, ya'ni hech qanday sonikatsiyasiz aralashtiriladi. Sonikatsiya bilan ishlov berish elektrod tarkibiy qismlarining bir hil dispersiyasiga yordam beradi va olingan LNMS-elektrod bir xil ko'rinadi.
17 mg/sm2 gacha bo'lgan yuqori og'irlikdagi kompozit elektrodlar lityum-ion batareyalar uchun ijobiy elektrodlar sifatida tayyorlangan va o'rganilgan. Teflon® qo'shilishi va sonikatsiya bilan ishlov berish alyuminiy folga yaxshi yopishgan bir xil elektrodlarga olib keladi. Ikkala parametr ham yuqori tezlikda (5C) drenajlangan quvvatni yaxshilashga yordam beradi. Elektrod/alyuminiy birikmalarining qo'shimcha siqilishi elektrod tezligi imkoniyatlarini sezilarli darajada oshiradi. 5C darajasida og'irligi 3-17 mg/sm oralig'ida bo'lgan elektrodlar uchun 80% dan 90% gacha bo'lgan ajoyib quvvatni ushlab turish aniqlanadi.²Teflon® o'z tarkibiga ega bo'lib, ularning tarkibiy qismlarini sonikatsiyadan so'ng tayyorlanadi va 2 tonna / sm dan kamroq siqiladi.².
Xulosa qilib aytadigan bo'lsak, tarkibida og'irligi 1% Teflon® bo'lgan elektrodlar, ularning tarkibiy qismlari sonikatsiya bilan ishlov berilgan, 2 tonna / sm2 siqilgan va og'irligi 2,7-17 mg / sm2 oralig'ida bo'lgan elektrodlar ajoyib tezlik qobiliyatini ko'rsatdi. Hatto 5C yuqori oqimda ham, bu elektrodlarning barchasi uchun normallashtirilgan tushirish quvvati 80% dan 90% gacha edi. (qarang. Vidal va boshqalar, 2013)

Batareya ishlab chiqarish uchun yuqori samarali ultratovushli disperserlar

Hielscher Ultrasonics litiy-ionli batareyalar (LIB), natriy-ion batareyalari (NIB) va boshqa qurilmalarda foydalanish uchun katod, anod va elektrolit materiallarini qayta ishlash uchun ishlatiladigan yuqori quvvatli, yuqori samarali ultratovush uskunasini loyihalashtiradi, ishlab chiqaradi va tarqatadi. batareya xujayralari. Hielscher ultratovush tizimlari nanokompozitlarni sintez qilish, nanozarrachalarni funksionallashtirish va nanomateriallarni bir hil, barqaror suspenziyalarga tarqatish uchun ishlatiladi.
Laboratoriyadan to'liq sanoat miqyosidagi ultratovushli protsessorlar portfelini taklif qiluvchi Hielscher yuqori samarali ultratovush disperserlari bozorining etakchisi hisoblanadi. Nanomateryal sintezi va hajmini kamaytirish sohasida 30 yildan ortiq vaqtdan beri ishlayotgan Hielscher Ultrasonics ultratovushli nanopartikullarni qayta ishlashda katta tajribaga ega va bozorda eng kuchli va ishonchli ultratovushli protsessorlarni taklif qiladi. Nemis muhandisligi eng so'nggi texnologiya va mustahkam sifatni ta'minlaydi.
Ilg'or texnologiya, yuqori samarali va murakkab dasturiy ta'minot Hielscher ultrasonikatorlarini elektrod ishlab chiqarish jarayonida ishonchli ish otlariga aylantiradi. Barcha ultratovushli tizimlar Germaniyaning Teltow shahridagi shtab-kvartirada ishlab chiqariladi, sifati va mustahkamligi uchun sinovdan o'tkaziladi va keyinchalik Germaniyadan butun dunyo bo'ylab tarqatiladi.
Hielscher ultrasonikatorlarining murakkab apparat va aqlli dasturiy ta'minoti ishonchli ishlashni, takrorlanadigan natijalarni va foydalanuvchilarga qulaylikni kafolatlash uchun mo'ljallangan. Hielscher ultrasonikatorlari mustahkam va barqaror ishlashga ega, bu ularni talabchan muhitlarga o'rnatish va og'ir ish sharoitlarida ishlash imkonini beradi. Operatsion sozlamalarga raqamli rangli sensorli displey va brauzerning masofadan boshqarish pulti orqali kirish mumkin bo'lgan intuitiv menyu orqali osongina kirish va terish mumkin. Shu sababli, aniq energiya, umumiy energiya, amplituda, vaqt, bosim va harorat kabi barcha ishlov berish shartlari avtomatik ravishda o'rnatilgan SD-kartada qayd etiladi. Bu sizga oldingi sonikatsiya ishlarini qayta ko'rib chiqish va solishtirish va nanomateriallar va kompozitlarning sintezi, funksionalligi va tarqalishini eng yuqori samaradorlikka optimallashtirish imkonini beradi.
Hielscher Ultrasonics tizimlari butun dunyo bo'ylab nanomateriallarning sonokimyoviy sintezi uchun qo'llaniladi va nanozarrachalarning barqaror kolloid suspenziyalarga tarqalishi uchun ishonchli ekanligi isbotlangan. Hielscher sanoat ultrasonikatorlari doimiy ravishda yuqori amplitudalarni ishlatishi mumkin va 24/7 ishlash uchun qurilgan. 200 mkm gacha bo'lgan amplitudalar standart sonotrodlar (ultratovushli zondlar / shoxlar) bilan osongina doimiy ravishda yaratilishi mumkin. Bundan ham yuqori amplitudalar uchun moslashtirilgan ultratovushli sonotrodlar mavjud.
Hielscher ultratovushli protsessorlari sonokimyoviy sintez, funksionallashtirish, nano-struktura va deaglomeratsiya uchun butun dunyo bo'ylab tijorat miqyosida o'rnatilgan. Batareya ishlab chiqarish uchun nanomateriallarni o'z ichiga olgan jarayon qadamingizni muhokama qilish uchun hozir biz bilan bog'laning! Bizning tajribali xodimlarimiz yuqori dispersiya natijalari, yuqori samarali ultratovush tizimlari va narxlar haqida ko'proq ma'lumot almashishdan xursand bo'lishadi!
Ultrasonikatsiyaning afzalligi bilan sizning ilg'or elektrod va elektrolitlar ishlab chiqarishingiz boshqa elektrod ishlab chiqaruvchilari bilan solishtirganda samaradorlik, soddalik va arzon narxlarda ustunlik qiladi!

Quyidagi jadval sizga bizning ultrasonicators taxminiy qayta ishlash quvvatiga ega ekanligidan dalolat beradi: