Nghiên cứu, phát triển và sử dụng pin lithium-ion là một trong những lĩnh vực công nghiệp phát triển nhanh nhất trên thế giới. Nhiều sản phẩm, bao gồm cả máy thúng tim, máy bay không người lái, ô tô, và giờ đây cả máy bay, đều phụ thuộc vào pin để cung cấp năng lượng. Đảm bảo pin an toàn, mạnh mẽ và đáng tin cậy là quan trọng hơn bao giờ hết.
Tuy nhiên, sự an toàn, hiệu suất và tuổi thọ của một viên pin chỉ tốt khi các vật liệu làm nó cũng tốt. Cụ thể, các điện cực, separator và dung dịch điện phải được mô tả và theo dõi đầy đủ từ khi chúng nhập vào cơ sở sản xuất cho đến khi chúng được tích hợp vào sản phẩm cuối cùng.
Các tham số cần phải đo bao gồm: diện tích bề mặt điện cực, cấu trúc tinh thể, kích thước hạt và tinh thể, kích thước lỗ chân không, dòng chảy và tính chất làm khô của hỗn hợp điện cực, độ tinh khiết hóa học của nguyên liệu nguyên sinh, kích thước lỗ và tính chất cấu trúc của bộ phân, độ đẳng địa của dung môi, mật độ, và điểm chớp.
Sách điện tử Anton Paar phải đọc: “Hướng dẫn thực tế về đặc tính vật liệu pin”
Vật liệu pin tuyệt vời cung cấp năng lượng cho những viên pin hoạt động tốt nhất. Cuốn sách điện tử này chứa dữ liệu đo lường thực tế, cho bạn biết cách đặc tính các vật liệu pin lithium-ion cơ bản trên các điện cực, hỗn hợp, tách, và dung dịch điện giúp pin của bạn vượt trội so với đối thủ.
Battery Experts cùng Anton Paar cung cấp cái nhìn tổng quan về các kỹ thuật phân tích đặc tính phổ biến nhất được sử dụng trong hoạt động R&D và sản xuất pin lithium-ion. Trong loạt video này, một chuyên gia về pin của Anton Paar sẽ bao quát một loạt các chủ đề liên quan đến cách đặc tính các tính chất vật lý của vật liệu pin trong quá trình sản xuất.
In this video, we will discuss sample preparation for elemental composition and trace metal analysis of battery materials.
For all components used in battery manufacturing, it is crucial to accurately measure the exact elemental composition of these materials and the presence of trace contaminants, as this will have a direct impact not only on the performance of the battery, but also on its safety.
That’s where microwaves digestion systems come in, to help with sample preparation for further analysis.
Vật liệu điện cực rắn
Các điện cực (cathodes và anodes) của pin lithium-ion đóng vai trò quan trọng trong việc truyền dẫn ion, và do đó không thể thiếu đối với việc truyền năng lượng hiệu quả. Các điện cực này bao gồm các vật liệu hạt bị nén. Cả thành phần hóa học và đặc tính vật lý của những vật liệu này đều có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất, vòng đời và độ an toàn của pin, từ đó hướng dẫn việc tối ưu hóa thiết kế pin cho mục đích sử dụng dự kiến. Các thuộc tính vật lý của vật liệu điện cực, như diện tích bề mặt, kích thước hạt, kích thước và hình dạng tinh thể, cũng như kích thước lỗ hở, có tác động trực tiếp đến trao đổi điện trong một pin. Các thuộc tính vật lý khác, chẳng hạn như cấu trúc tinh thể, mật độ rắn và xương, và thế zeta của các hạt vật liệu điện cực, đóng vai trò quan trọng trong độ dẫn điện bên trong của pin. Và độ bền của pin sẽ tương quan không chỉ đến chất lượng của lớp phủ cực, mà còn đến sự bám dính của nó vào cực pin. Điều này có thể được đánh giá chính xác thông qua việc thử nghiệm tác động có thể đo được. Một bước quan trọng khác trong việc phát triển vật liệu điện cực là kiểm tra mức độ nhiễm kim loại nặng. Việc phân hủy axit bằng lò vi sóng là bước chuẩn bị mẫu ban đầu cho phân tích kim loại nặng. Với các phương pháp như XRD hoặc SAXS, người ta cũng có thể mô tả đặc tính của vật liệu điện cực trong quá trình hoạt động của cụm pin hoàn chỉnh để theo dõi những thay đổi trong quá trình sạc và xả.
Hỗn hợp điện cực
Thiết kế và phát triển đúng đắn của quy trình pha trộn và phủ trên của hỗn hợp anot và cathot là một phần quan trọng của hiệu suất pin. Biết được các thông số như tỷ trọng, độ nhớt, độ nhớt đàn hồi và tính chất lưu biến của bùn sẽ cung cấp thông tin để xác định và kiểm soát thành phần và độ đặc. Trong quá trình trộn, có thể tránh được sự kích thích không cần thiết bằng cách xác định thời gian, tốc độ và nhiệt độ cần thiết để đạt được sự đồng nhất. Khi đến việc chọn một bơm phù hợp hoặc điều chỉnh công thức để cải thiện khả năng bơm, các độ nhớt phụ thuộc vào shear-rate và điểm cố định cần được điều tra. Quá trình cân bằng bề mặt tốt trong quá trình phủ có thể được giám sát bằng cách đo cấu trúc phục hồi.
Hỗn hợp đang được lưu trữ không nên kết tủa ra và phải duy trì tính đồng nhất của nó, được xác định thông qua các bài kiểm tra đàn hồi viscoelasticity và đo lường điện thế zeta. Hơn nữa, diện tích bề mặt của các hạt keo được liên kết trực tiếp với công thức và hành vi của nó, và việc biết thông số này giúp giảm chi phí vật liệu và đảm bảo chất lượng nhất quán.
Bộ phân cách và bộ tụ điện hiện tại
Bộ chia trong viên pin lithium-ion là một màng rỗng mỏng chơi một vai trò chủ chốt trong việc hoạt động của pin bằng cách ngăn ngừa đoản mạch giữa cực âm và cực dương đồng thời cho phép dòng ion lưu thông giữa chúng. Các bộ lọc cần phải cứng cáp cơ học, ổn định dưới các điều kiện hoạt động của pin và bất hoạt đối với các vật liệu khác trong cell nhưng vẫn phải đủ xốp để cho phép vận chuyển ion. Kích thước lỗ thông qua của bộ phân cách là một thông số quan trọng để đảm bảo hiệu suất pin tối ưu. Các lỗ phải đủ nhỏ để ngăn các dendrit hình thành qua bộ phận chia và gây một mạch ngắn nhưng cũng đủ lớn để tạo điều kiện cho dòng ion chảy giữa cực dương và cực âm. Ngoài ra, cần phải kiểm tra và ngăn chặn lỗ chân lớn hoặc lỗ kim loại vì chúng có thể dẫn đến các mạch ngắn. Một thông số chính khác cho bộ lọc là độ cứng cơ học và tính chất cấu trúc của chúng. Cụ thể, việc đo lường mức độ căng trước của bộ tách là yếu tố quan trọng để tránh việc bể hay rách khi lắp ráp cũng như việc dần xuống sau khi lắp ráp.
Điện giải
Dung dịch điện phân trong pin lithium-ion đóng vai trò quan trọng trong chức năng pin bằng cách cho phép chuyển giao điện giữa cực âm và cực dương. Chất điện phân cũng ổn định bề mặt cathot và anot và kéo dài tuổi thọ của pin. Việc mô tả kỹ lưỡng các tính chất vật lý của dung dịch điện phân, cụ thể là tỷ trọng và độ nhớt, là rất quan trọng để đảm bảo độ dẫn điện, độ thấm ướt và độ đầy thích hợp. Độ nhớt của dung dịch điện ly đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường đầu ra công suất pin, cũng như việc tối ưu hóa quá trình đổ dung dịch vào pin. Chất lỏng điện phân, cũng như sự hòa tan và nồng độ muối, cũng là các yếu tố chính trong hiệu suất của ắc quy. Đo lường tỷ trọng và chỉ số khúc xạ của dung dịch điện phân là phương pháp kiểm soát chất lượng nhanh và chính xác để đảm bảo chất lượng dung môi đúng cách cũng như sự hòa tan và tập trung muối. Một khía cạnh quan trọng khác của các điện cực ion lithium là điểm chớp cháy của chúng; việc đo chính xác tham số này là chìa khóa để đảm bảo an toàn nhiệt độ của pin.
Sản xuất và bảo dưỡng ắc quy axit chì
Cho dù bạn đang sản xuất, bảo trì hay bảo dưỡng pin axit chì, bạn đều muốn biết nồng độ axit sunfuric trong pin và do đó là trạng thái sạc.
Sản xuất và nghiên cứu pin nhiên liệu hydro
Để đạt được hiệu suất tốt nhất của pin nhiên liệu, bạn cần hiểu các tính chất lý hóa của các thành phần hoạt động và thiết kế chúng theo hướng có lợi cho bạn. Anton Paar có công nghệ mà bạn cần để tối ưu hóa mỗi thành phần.
