Akumulatory litowo-jonowe

Akumulatory litowo-jonowe

URZĄDZENIA ANALITYCZNE DO BADANIA WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH MATERIAŁÓW DO PRODUKCJI BATERII

Badania nad rozwojem akumulatorów litowo-jonowych i ich efektywne wykorzystywanie to jedna z najszybciej rozwijających się dziedzin przemysłu na świecie. Wiele produktów, w tym rozruszniki serca, drony, samochody, a obecnie nawet samoloty, jest zasilanych akumulatorami. Zapewnienie bezpiecznych, wydajnych i niezawodnych akumulatorów jest dziś ważniejsze niż kiedykolwiek wcześniej.

Jednak bezpieczeństwo, wydajność i żywotność akumulatorów będą tak dobre, jak materiały użyte do ich wykonania. W szczególności właściwości elektrody, separatora i elektrolitu muszą być w pełni scharakteryzowane i monitorowane od momentu ich wprowadzenia do zakładu produkcyjnego po włączenie ich do produktu końcowego.

Do parametrów, które należy zmierzyć, należą: powierzchnia elektrody, struktura krystaliczna, wielkość cząstek i ziaren krystalicznych, wielkość porów, charakterystyka płynięcia zawiesiny elektrody i właściwości utwardzania, czystość chemiczna surowców, wielkość porów separatora i właściwości jego struktury, lepkość, gęstość i temperatura zapłonu elektrolitu.

Zapoznaj się z „Przewodnikiem po tematyce charakteryzacji materiałów do produkcji baterii”, zaktualizowanym o nowe technologie i zastosowania

Nasz e-book wyjaśnia sposób charakteryzacji materiałów niezbędnych do produkcji akumulatorów litowo-jonowych, takich jak elektrody, zawiesiny, separatory, elektrolity i ogniwa akumulatorowe na każdym etapie procesu ich wytwarzania. Dzięki poznaniu tych technik baterie produkowane przez Twoją firmę przewyższą jakością konkurencję.

Dowiedz się więcej tutaj

Akumulatory według firmy Anton Paar

Eksperci ds. akumulatorów z Anton Paar zapewniają przegląd najpopularniejszych technik charakteryzacji stosowanych w dziedzinie badań i rozwoju oraz produkcji akumulatorów litowo-jonowych. W tej serii filmów ekspert Anton Paar ds. akumulatorów omówi szereg tematów związanych z określaniem właściwości fizycznych materiałów użytych podczas produkcji baterii.

 

W tym filmie wyjaśniamy, w jaki sposób właściwości strukturalne separatorów i akumulatora prądu oraz siły stosowane podczas produkcji ogniw wpływają na wydajność baterii.

Podczas produkcji ogniw akumulatorowych zarówno separator, jak i akumulator prądu są poddawane znacznym siłom rozciągającyn i skręcającym, które mogą rozciągnąć lub rozerwać materiał. Pokażemy więc, jak korzystać z dynamicznego analizatora mechanicznego, aby uzyskać informacje na temat właściwości strukturalnych oraz siły, jakiej mogą zostać poddane separatory zanim dojdzie do ich pęknięcia lub rozerwania. Urządzenie umożliwia monitorowanie całego procesu, również podczas stosowania różnych wartości temperatury lub poziomów wilgotności w trakcie eksperymentów.

Materiały do produkcji elektrod stałych

Elektrody (katody i anody) akumulatorów litowo-jonowych odgrywają kluczową rolę w przenoszeniu jonów, a zatem mają duże znaczenie dla wydajnego przesyłu energii. Elektrody te składają się z zagęszczonych materiałów w postaci cząstek. Zarówno skład chemiczny, jak i właściwości fizyczne tych materiałów będą miały decydujący wpływ na wydajność, cykl życia i bezpieczeństwo baterii, co z kolei wpłynie na optymalizację konstrukcji baterii pod kątem jej przeznaczenia. Właściwości fizyczne materiału elektrody, takie jak powierzchnia właściwa, wielkość cząsteczek, wielkości i kształt ziaren krystalicznych, wielkość porów, mają bezpośredni wpływ na wymianę ładunków w pojedynczym ogniwie. Inne właściwości fizyczne, takie jak struktura krystaliczna, gęstość ciał stałych i właściwa złoża oraz potencjał zeta cząstek materiału elektrody, odgrywają kluczową rolę w przewodnictwie wewnętrznym akumulatora. Trwałość baterii będzie zależała nie tylko od jakości powłoki elektrody, ale także od jej przyczepności do samej elektrody. Można to dokładnie ocenić za pomocą wymiernych testów zarysowania. Kolejnym kluczowym krokiem podczas opracowywania materiału elektrody jest określanie zanieczyszczenia metalami ciężkimi. Roztwarzanie mikrofalowe w kwasie to wstępny etap przygotowania próbki do analizy metali ciężkich. Za pomocą metod takich jak XRD czy SAXS można również charakteryzować właściwości materiału elektrody in operando w kompletnych zespołach akumulatorowych w celu monitorowania zmian podczas procesu ładowania i rozładowywania.

Zawiesiny elektrodowe

Właściwe zaprojektowanie i opracowanie procesów mieszania i powlekania zawiesiny anody i katody jest jednym z zasadniczych czynników wpływających na wydajność baterii. Znajomość takich parametrów jak gęstość, lepkość, lepkosprężystość i charakterystyka tiksotropowa zawiesiny dostarcza informacji umożliwiających określenie i kontrolę składu i konsystencji. Można więc uniknąć niepotrzebnego mieszania, określając czas, prędkość i temperaturę wymagane do osiągnięcia jednorodności. Jeśli chodzi o wybór odpowiedniej pompy lub dostosowanie receptury w celu uzyskania lepszej pompowalności, należy zbadać lepkość i granicę plastyczności w zależności od szybkości ścinania. Dobre wyrównanie powierzchni podczas procesu powlekania można monitorować, mierząc regenerację strukturalną.

Przechowywana zawiesina nie powinna się osadzać i powinna zachować swoją jednorodność uzyskiwaną dzięki badaniom właściwości lepkosprężystych i pomiarom potencjału zeta. Ponadto pole powierzchni cząstek zawiesiny jest bezpośrednio związane z jej składem i właściwościami, a znajomość tego parametru pomaga obniżyć koszty materiałowe i zapewnić stałą jakość.

Separatory i kolektory prądu

Separator w akumulatorze litowo-jonowym to cienka porowata membrana, która odgrywa kluczową rolę w działaniu akumulatora, zapobiegając zwarciu między anodą a katodą, jednocześnie umożliwiając przepływ jonów między nimi. Separatory muszą być wytrzymałe mechanicznie, stabilne w warunkach pracy akumulatora i obojętne w stosunku do innych materiałów ogniwa – ale nadal wystarczająco porowate, aby umożliwić transport jonów.  Wielkość porów przelotowych separatora jest kluczowym parametrem zapewniającym optymalną wydajność baterii. Pory muszą być wystarczająco małe, aby zapobiec tworzeniu się dendrytów w separatorze i zwarciom, ale wystarczająco duże, aby ułatwić przepływ jonów między katodą a anodą. Ponadto należy kontrolować i zapobiegać powstawaniu większych porów lub otworów, ponieważ mogą one prowadzić do zwarć.  Innym kluczowym parametrem separatorów jest ich wytrzymałość mechaniczna i właściwości strukturalne. Kluczem do uniknięcia pęknięcia lub rozerwania podczas montażu, a także wyginania po montażu, jest pomiar wymaganego wstępnego naprężenia separatora. 

Elektrolity

Elektrolit w akumulatorach litowo-jonowych odgrywa kluczową rolę w ich działaniu, umożliwiając przenoszenie ładunku między anodą i katodą. Elektrolit stabilizuje również powierzchnie katody i anody oraz wydłuża żywotność baterii. Dokładne scharakteryzowanie właściwości fizycznych elektrolitu, w szczególności gęstości i lepkości, ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia przewodnictwa, właściwego zwilżenia i wypełnienia.  Lepkość roztworu elektrolitu ma decydujący wpływ na moc wyjściową baterii, a także na optymalizację procesu napełniania baterii. Jakość rozpuszczalnika elektrolitu, a także rozpuszczanie i stężenie soli również są kluczowymi czynnikami wpływającymi na wydajność baterii. Pomiary gęstości i współczynnika załamania światła roztworu elektrolitu stanowią szybką i dokładną metodę kontroli jakości, zapewniającą odpowiednią jakość rozpuszczalnika oraz rozpuszczania i stężenia soli.  Innym krytycznym aspektem elektrolitów litowo-jonowych jest ich temperatura zapłonu; dokładny pomiar tego parametru jest kluczowy dla zapewnienia bezpieczeństwa termicznego akumulatorów.


Produkcja i konserwacja akumulatorów kwasowo-ołowiowych

Jeżeli jesteś producentem, konserwatorem lub serwisantem akumulatorów kwasowo-ołowiowych, musisz znać stężenie kwasu siarkowego w akumulatorze i stan jego naładowania.

Produkcja i badania nad wodorowymi ogniwami paliwowymi

Aby osiągnąć najlepszą wydajność ogniwa paliwowego, konieczne jest zrozumienie właściwości fizykochemicznych aktywnych składników i zaprojektowanie ich odpowiednio do swoich potrzeb. Firma Anton Paar posiada technologię potrzebną do optymalizacji każdego składnika.