A lítium-ion akkumulátorok kutatása, fejlesztése és felhasználása az egyik leggyorsabban növekvő ipari szegmens a világon. Számos termék, köztük a pacemakerek, a drónok, az autók, sőt most már a repülőgépek is az akkumulátorokra támaszkodnak. Minden eddiginél fontosabb, hogy az akkumulátorok biztonságosak, erősek és megbízhatóak legyenek.
Az akkumulátor biztonsága, teljesítménye és élettartama azonban csak annyira jó, amennyire a készítése során felhasznált anyagok. Elsősorban az elektródákat, a szeparátort és az elektrolitot kell teljes mértékben jellemezni és ellenőrizni attól a pillanattól kezdve, hogy belépnek a gyártóüzembe, egészen a végtermékbe való beépítésükig.
A mérendő paraméterek, beleértve az elektród fajalagos felületét, kristályzerkezetét, a részecske-és kristályméretet, a pórusméretet, az elektrolit folyási- és kikeményedési tulajdonságait, a nyersanyagok vegyi tisztaságát, a szeparátor pórusméretét és szerkezeti tulajdonságait, az elektrolit viszkozitását, sűrűségét és lobbanáspontját.
Fedezze fel az új technológiákkal és alkalmazásokkal frissített "Az akkumulátor-anyagok jellemzésének útmutatója" című kiadványt
E-könyvünk elmagyarázza, hogyan kell jellemezni a lítium-ion akkumulátorok alapvető anyagait, például az elektródákat, iszapokat, szeparátorokat, elektrolitokat és akkumulátorcellákat a gyártási folyamat minden egyes lépésénél - így az akkumulátorai felülmúlják versenytársaikét.
A Battery Experts with Anton Paar áttekintést nyújt a lítium-ion akkumulátorok kutatás-fejlesztése és gyártása során alkalmazott leggyakoribb jellemzési technikákról. Ebben a videósorozatban az Anton Paar akkumulátorok szakértője számos olyan témát tárgyal, amelyek az akkumulátorok anyagainak fizikai tulajdonságainak gyártás közbeni jellemzésével kapcsolatosak.
Ebben a videóban elmagyarázzuk, milyen hatással vannak az akkumulátor teljesítményére a szeparátorok és áramgyűjtők szerkezeti tulajdonságai, valamint a cellagyártás során kifejtett erők.
A akkumulátorcellák gyártása során mind a szeparátor, mind az áramgyűjtők jelentős feszültségnek és torziós erőnek van kitéve, ami megnyújthatja vagy elszakíthatja az anyagot. Megmutatjuk, hogy lehet a dinamikus mechanikai analizátorral információkat nyerni a szerkezeti tulajdonságokról, és mekkora erőt lehet kifejteni, hogy a szeparátorok ne törjenek vagy szakadjanak el. A kísérletek alatt ezeket mind meg lehet figyelni különböző hőmérsékleti körülmények mellet és különböző páratartalomszinteken.
Szilárd elektródaanyag
A lítium-ion akkumulátorok elektródái (katódok és anódok) kulcsszerepet játszanak az ionok átvitelében, éppen ezért kulcsfontosságúak a hatékony energiaátvitel szempontjából. Ezek az elektródák tömörített szemcsés anyagokból állnak. Ezen anyagok kémiai összetétele és fizikai jellemzői egyaránt döntően befolyásolják az akkumulátor teljesítményét, életciklusát és biztonságát, ami viszont az akkumulátor tervezett felhasználásra történő tervezési optimalizálására van hatással Az elektród anyagának olyan fizikai tulajdonságai, mint a fajlagos felület, a részecskeméret, a kristályok mérete és alakja közvetlen hatást gyakorol a töltéscsere tekintetében egy önálló cella esetében. Egyéb fizikai tulajdonságok, mint a kristályszerkezet, a szilárd és vázsűrűség valamint az elektród részecskéinek zéta-potenciálja kulcsszerepet játszanak az akkumulátor belső vezetőképességében. Az akkumulátor tartóssága pedig nemcsak az elektródbevonat minőségétől, hanem magához az elektródához való tapadásától is függ. Ez számszerűsíthető karcolásos tesztekkel pontosan értékelhető. Az elektródanyagok fejlesztésének másik kulcsfontosságú lépése a nehézfém-szennyezettség vizsgálata. A mikrohullámú savas feltárás a nehézfémek elemzésének kezdeti minta-előkészítési lépése. Az olyan módszerekkel, mint az XRD vagy a SAXS, az elektródaanyagok tulajdonságainak operatív jellemzésére is lehetőség van teljes akkumulátor-összeállításokban, hogy nyomon lehessen követni a töltési és kisütési folyamat során bekövetkező változásokat.
Elektródaiszapok
Az anód- és katódiszap keverési és bevonási folyamatainak megfelelő tervezése és fejlesztése az akkumulátorok teljesítményének egyik lényeges eleme. Az olyan paraméterek, mint a sűrűség, viszkozitás, viszko-elaszticitás és a hígtrágya tixotróp viselkedésének ismerete információt nyújt az összetétel és a konzisztencia meghatározásához és ellenőrzéséhez. A keverés során a homogenitás eléréséhez szükséges idő, sebesség és hőmérséklet meghatározásával elkerülhető a felesleges keverés. A megfelelő szivattyú kiválasztása vagy a jobb szivattyúzhatóság érdekében a készítmény beállításakor meg kell vizsgálni a nyírási sebességtől függő viszkozitást és a folyáshatárt. A bevonási folyamat során a jó felületi kiegyenlítődés a szerkezeti helyreállás mérésével ellenőrizhető.
A tárolt iszapnak nem szabad kiülepednie, és meg kell őriznie homogenitását, amely viszkoelaszticitási vizsgálatokkal és zéta-potenciál mérésekkel lehet állapítható meg. Ezenkívül az iszaprészecskék felülete közvetlen kapcsolatban áll a formulával és a viselkedéssel, és ezen paraméter ismerete segít csökkenteni az anyagköltségeket és biztosítani az egyenletes minőséget.
Szeparátorok és áramszedők
A lítium-ion akkumulátorban lévő szeparátor egy vékony, porózus membrán, amely kulcsszerepet játszik az akkumulátor működésében, mivel megakadályozza a rövidzárlatot az anód és a katód között, ugyanakkor lehetővé teszi az ionok áramlását közöttük. Az elválasztóknak mechanikailag robusztusnak, aktív akkumulátoros körülmények között stabilnak és a többi cellaanyaggal szemben inertnek kell lenniük, ugyanakkor elég porózusnak kell lenniük az ionszállításhoz. A szeparátor pórusmérete kulcsfontosságú paraméter az akkumulátor optimális teljesítményének biztosításához. A pórusoknak elég kicsiknek kell lenniük ahhoz, hogy megakadályozzák a dendritek kialakulását a szeparátoron keresztül, és rövidzárlatot okozzanak, de elég nagyoknak ahhoz, hogy megkönnyítsék az ionáramlást a katód és az anód között. Ezenkívül a nagyobb pórusokat vagy tűlyukakat is ki kell szűrni és meg kell akadályozni, mert ezek rövidzárlathoz vezethetnek. Az elválasztók másik kulcsfontosságú paramétere a mechanikai szilárdság és a szerkezeti tulajdonságok. Különösen annak mérése, hogy mekkora előfeszítésre van szükség az elválasztóhoz, kulcsfontosságú az összeszerelés során bekövetkező szakadás vagy szakadás, valamint az összeszerelés utáni megereszkedés elkerülése érdekében.
Elektrolitok
A lítium-ion akkumulátorok elektrolitja kulcsszerepet játszik az akkumulátor működésében, mivel lehetővé teszi a töltésátvitelt az anód és a katód között. Az elektrolit stabilizálja a katód és az anód felületét is, és meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát. Az elektrolit fizikai tulajdonságainak, különösen a sűrűségnek és a viszkozitásnak az alapos jellemzése kulcsfontosságú a vezetőképesség, a megfelelő nedvesedés és a töltés biztosításához. Az elektrolitoldat viszkozitása kritikus szerepet játszik az akkumulátor teljesítményében, valamint az akkumulátorba való töltési folyamat optimalizálásában. Az elektrolit oldószer minősége, valamint a sóoldás és -koncentráció szintén kulcsfontosságú tényező az akkumulátor teljesítménye szempontjából. Az elektrolitoldat sűrűségének és törésmutatójának mérése gyors és pontos minőség-ellenőrzési módszer az oldószer megfelelő minőségének, valamint a sóoldódás és koncentráció biztosításához. A lítiumion-elektrolitok másik kritikus szempontja a lobbanáspont; e paraméter pontos mérése kulcsfontosságú az akkumulátorok termikus biztonságának biztosításához.
Ólomsavas akkumulátorok karbantartása és szervizelése
Ha ólomsavas akkumulátorok gyártásával, karbantartásával vagy szervizelésével foglalkozik, akkor ismernie kell az akkumulátorban lévő kénsav koncentrációját, ezzel együtt pedig a töltöttségi állapotot.
Hidrogénüzemanyagcella-gyártás és kutatás
A lehető legjobb üzemanyagcella-teljesítmény elérése érdekében meg kell értenie az aktív alkotóelemek fizikai-kémiai tulajdonságait, és ezeket a saját előnyére kell formálnia. Az Anton Paar rendelkezik az alkotóelemek optimalizálásához szükséges technológiával.
