إعداد الخلية عمله ثلاثة-القطب وتحليلات اليكتروديبوسيشن لبطاريات الليثيوم أيون

الهدف العام من هذه الدراسة هو إثبات بناء إعداد خلية معدنية موثوق بها من ثلاثة أقطاب كهربائية للتحقيق في ظواهر التحلل في خلايا الليثيوم أيون مع تحديد تأثير الأنود والكاثود في نفس الوقت. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال تخزين الطاقة والصولجان ، مثل دور الأنود والكاثود في ظواهر تحلل خلايا الليثيوم أيون. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي بساطة بناء الخلية ، جنبا إلى جنب مع موثوقية القياس ، للخصائص الكهروكيميائية.

تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية نحو مراقبة الخصائص الكهروكيميائية للأنود والكاثود بشكل منفصل أثناء عملية الشحن والتفريغ بسبب وجود القطب المرجعي. قم ببناء القطب المرجعي بسلك نحاسي مطلي بالمينا. قطع سلك بطول 120 ملم لكل خلية ثلاثية الأقطاب الكهربائية.

ضع أحد طرفي السلك حوالي عشرة ملليمترات في مكبس المختبر وقم بتطبيق أربعة ميجا باسكال من الضغط. بعد إزالة السلك ، قم بقصه بحيث يبلغ طول القسم المسطح حوالي ملليمترين. بعد ذلك ، استخدم مشرطا بعناية لإزالة العزل الخارجي على الطرف المسطح.

ضع السلك جانبا وانتقل لعمل الملاط. احصل على محلول بوزن 10٪ PVDF و NMP. قم بوزن وإضافة مسحوق تيتانات الليثيوم والجرافيت الاصطناعي والمادة المضافة الموصلة بشكل منفصل وإضافتها إلى نفس الملاط.

اخلطي وطحن المساحيق حتى يصبح الخليط متجانسا. بعد ذلك ، انقل مزيج المسحوق إلى أنبوب خلط 20 مليلتر يمكن التخلص منه. ثم استخدم ماصة لإضافة محلول NMP.

استمر بإضافة 16 كرة خلط زجاجية من السيليكات بقطر ستة ملليمترات قبل شد الغطاء. استخدم جهاز خلط عالي الشفافية لخلط الملاط. بعد الخلط ، اعمل مع الملاط والسلك المكشوف المعد مسبقا.

يدويا ، اغمس الطرف النحاسي المكشوف في الملاط المختلط. عند الإزالة ، قم بتوصيل الأسلاك بقاعدة ، وقم بإلقاء النهاية ، حتى تجف. جفف الأقطاب الكهربائية في فرن المختبر على حرارة 70 درجة مئوية لمدة ثماني ساعات على الأقل.

عندما تكون جميع المكونات والإلكتروليت جاهزة ، ضعها في صندوق قفازات الأرجون. فيما يلي العلبة والغطاء ، والحشية ، وفواصل البولي بروبلين ، وفاصل الفولاذ المقاوم للصدأ ، وزنبرك الموجة. اجعل القطب المرجعي مثنيا في شكل حلزوني باستخدام الكماشة.

داخل صندوق القفازات ، قم بإعداد قرصين نظيفين من الليثيوم. احصل على قرص واحد من الليثيوم وفاصل من الفولاذ المقاوم للصدأ. ضع قرص الليثيوم في وسط الفاصل ثم اضغط على الاثنين معا بقوة.

تأكد من أن الليثيوم يلتصق بالفاصل. الآن ، اعمل مع علبة خلية العملة المعدنية وقارب وزن صغير وقم بتوسيط قرص الليثيوم الثاني داخل العلبة. اضغط عليه بقوة وتأكد من التصاق.

ضع عدة قطرات من المنحل بالكهرباء على قرص الليثيوم. ضع عدة قطرات أخرى حول حافة الليثيوم لملء الفجوة الخارجية. بعد ذلك ، ضع فاصل البولي بروبلين أعلى قرص الليثيوم المبلل.

عندما يتم ترطيب الفاصل تماما ، ضع الحشية في الخلية بحيث تكون شفتها متجهة لأعلى. استخدم زوجا من الملقط البلاستيكي لوضع لولب القطب المرجعي برفق في وسط الخلية. أضف بضع قطرات من المنحل بالكهرباء حول القطب المرجعي.

ثم ضع فاصلا مربعا صغيرا حيث يعبر السلك فوق الحشية والعلبة. استمر بوضع فاصل مادة البولي بروبلين أعلى القطب المرجعي. استرجع قرص فاصل الليثيوم وضعه فوق التجميع ، بحيث يكون جانب الليثيوم لأسفل.

بعد ذلك ، ضع زنبرك الموجة أعلى الفاصل. بعد ذلك ، استخدم ملاقط بلاستيكية لوضع الغطاء بعناية على المجموعة بأكملها. استخدم مكشكش لتجعيد خلية العملة المعدنية إلى حوالي خمسة ميغا باسكال.

في هذه المرحلة ، يمكن إزالة الخلية من صندوق القفازات. نظف وجفف الخلية قبل المضي قدما. لإغلاقها ، استخدم عود أسنان لتطبيق كمية صغيرة من الإيبوكسي غير الموصل حيث يخرج السلك من خلية العملة.

للتخفيف ، قم بإعداد جهاز الاختبار. ضع مربعا صغيرا من الشريط الكهربائي عبر الجزء العلوي من علبة خلية العملة وضعه في حامل الخلية. استخدم مشبك التمساح لتوصيل القطب المرجعي بالوصلة الإيجابية لحامل الخلية.

قم بتدوير القطب المرجعي عدة مرات في نطاق الجهد المناسب. لاحظ الجهد المرجعي ، والذي يجب أن يحدث أثناء عمليات الشحن والتفريغ. أعد الخلية إلى صندوق قفازات الأرجون المجهز بالمواد لصنع خلية عاملة.

ضع قرص الكاثود في وسط علبة الخلية. ثم ضع عدة قطرات من المنحل بالكهرباء في الأعلى وحول الحافة. بعد ذلك ، ضع فاصلا أعلى القطب المبلل.

علاوة على ذلك ، ضع الحشية بحيث تكون الشفة متجهة لأعلى. ضع التجميع جانبا واحصل على خلية التحضير المضغوطة. ضع شريطا كهربائيا على الجزء العلوي من العلبة وامسكه بكماشة رقيقة الأنف.

استخدم كماشة متطورة لفتح حافة خلية العملة المعدنية بعناية ولكن بإحكام. عندما يكون ذلك ممكنا ، افصل علبة الخلية والغطاء واستخرج القطب المرجعي المضغوطة بعناية. باستخدام زوج من الكماشة ، قم بفك دوامة القطب المرجعي وقم بتصويبها.

اجمع خلية العمل والقطب المرجعي معا. ضع طرف القطب المرجعي في وسط قطب العمل. سوف يمتد على حافة الخلية.

أعد ثني السلك على حافة الخلية وضع فاصل مستطيل صغير حيث يعبر السلك العلبة. بعد ذلك ، ضع فاصلا أعلى القطب المرجعي. ضع فوق هذا قرص الأنود المجهز.

ضع بعناية فاصل من الفولاذ المقاوم للصدأ ملليمتر واحد على الأنود. ثم ضع زنبرك الموجة على التجميع. الآن ، املأ الخلية حتى أسنانها بالكهرباء.

استخدم ملاقط بلاستيكية لوضع غطاء الخلية بعناية على التجميع. انقل الخلية إلى مكشكش وقم بتجعيد الخلية إلى خمسة ميغا باسكال. بعد إزالة الخلية من صندوق الأرجون ، قم بتنظيفها وإغلاقها.

اترك الخلية المكتملة تجف لمدة ساعة واحدة على الأقل. خذ الخلية إلى جهاز قياس كهروكيميائي. قم بتوصيل الخلية كما في هذا التخطيطي.

تتصل القوة الإيجابية والمستشعر الإيجابي بالكاثود. تتصل الطاقة السلبية والمستشعر بالأنود. يتصل المرجع بالقطب المرجعي.

قم بتدوير الخلية الكاملة بمعدل C المطلوب وقم بقياس إمكانات الكاثود والأنود الكاملة للخلية في نفس الوقت. انقل الخلية إلى جهاز التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية. قم بتوصيل الطاقة الموجبة والمستشعر بكاثود الخلية والطاقة السالبة والمستشعر والمستشعر المرجعي بالأنود.

احتفظ بالقطب المرجعي مفصولا. في لوحة التحكم ، حدد سعة عشرة مللي فولت. حدد نطاق التردد من ميغاهرتز واحد إلى مللي هرتز واحد.

ابدأ في جمع مقاومة الخلية الكاملة. فيما يلي قياسات الجهد عند التيار الثابت للأنود ، باستخدام المقياس الموجود على اليمين ، والكاثود ، وخلية كاملة ذات اثنين وثلاثة أقطاب كهربائية باستخدام المقياس الموجود على اليسار. معدل الشحن هو 1/10 الحد الأقصى المحسوب.

الفولتية الكاملة للخلية للخلايا ذات الأقطاب الكهربائية الثنائية والثلاثة هي نفسها ، مما يشير إلى أن القطب المرجعي لا يعدل السلوك. قارن هذه بقياسات الجهد أثناء التفريغ. أثناء الشحن ، تزداد إمكانات الكاثود فيما يتعلق بالليثيوم المائل بالإضافة إلى الليثيوم مع انتقال الليثيوم من الكاثود إلى الأنود.

تنخفض الإمكانات في الأنود. توضح قياسات الجهد أثناء التفريغ أن العكس يحدث في ظل تلك الظروف. هذا مثال على طيف المعاوقة الذي تم جمعه للخلية الكاملة ثلاثية الأقطاب الكهربائية كدالة لحالة الشحن.

فيما يلي أطياف إضافية للكاثود والأنود. البيانات مفيدة في العثور على مساهمات فردية في مقاومة القطب الكهربائي مع تغير حالة الشحن. بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء هذه التقنية في غضون خمسة أيام ، بما في ذلك اختبارات ركوب الدراجات والمعاوقة ، إذا تم إجراؤها بشكل صحيح.

أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر أن سلك القطب المرجعي رفيع ، ويمكن أن ينكسر إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح. باتباع هذا الإجراء ، يمكن إجراء اختبارات الرسم البياني والسلامة السريعة للإجابة على أسئلة مثل هل من الممكن رسم بياني سريع لخلية دون إحداث أي تدهور؟ وما هو دور الأنود والكاثود في أحداث الفشل؟

بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال تخزين الطاقة لتشخيص الفشل وتحسين عمر بطاريات الليثيوم أيون. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية بناء خلية مستقرة وموثوقة ثلاثية الأقطاب باستخدام مكونات نموذجية موجودة في أي مختبر كهروكيميائي. لا تنس أن العمل مع مركبات الليثيوم والإلكتروليتات العضوية والمعدات الكهربائية يمكن أن يكون خطيرا للغاية ، ويجب دائما اتخاذ الاحتياطات ، مثل استخدام معدات الحماية الشخصية ، أثناء تنفيذ هذا الإجراء.