Name: עיבוד בלתי מימי אלקטרודה ובנייה של תאי ליתיום-יון מטבע (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-01T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 28 s
Description: למדו את שיטות עיבוד האלקטרודות הלא-מימיות ובניית תאי מטבע ליתיום-יון לצורך הנדסה אלקטרוכימית. מדריך זה מספק הנחיות מפורטות להכנת אלקטרודות ואפיון אלקטרוכימי במעבדה אקדמית.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמכת כלכלית על ידי אוניברסיטת A &amp; M מענק ייזום מחקר סגל טקסס (Mukherjee) ואוניברסיטת טקסס מדינת מימון סטארט-אפ (רודוס).

<ol><li>Wagner, R., Preschitschek, N., Passerini, S., Leker, J., Winter, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+research+trends+and+prospects+among+the+various+materials+and+designs+used+in+lithium-based+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Electrochem%22%5BJournal%5D)">Current research trends and prospects among the various materials and designs used in lithium-based batteries.</a> J Appl Electrochem. 43, 481-496 (2013).</li>
<li>Whittingham, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lithium+batteries+and+cathode+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Rev%22%5BJournal%5D)">Lithium batteries and cathode materials.</a> Chem Rev. 104, 4271-4301 (2004).</li>
<li>Ellis, B. L., Lee, K. T., Nazar, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Positive+Electrode+Materials+for+Li-Ion+and+Li-Batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Mater%22%5BJournal%5D)">Positive Electrode Materials for Li-Ion and Li-Batteries.</a> Chem Mater. 22, 691-714 (2010).</li>
<li>Tarascon, J. M., Armand, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Issues+and+challenges+facing+rechargeable+lithium+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries.</a> Nature. 414, 359-367 (2001).</li>
<li>Smith, K., Wang, C. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Power+and+thermal+characterization+of+a+lithium-ion+battery+pack+for+hybrid-electric+vehicles%5BTitle%5D)+AND+%22J+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Power and thermal characterization of a lithium-ion battery pack for hybrid-electric vehicles.</a> J Power Sources. 160, 662-673 (2006).</li>
<li>Lu, L. G., Han, X. B., Li, J. Q., Hua, J. F., Ouyang, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+the+key+issues+for+lithium-ion+battery+management+in+electric+vehicles%5BTitle%5D)+AND+%22J+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles.</a> J Power Sources. 226, 272-288 (2013).</li>
<li>Dunn, B., Kamath, H., Tarascon, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+Energy+Storage+for+the+Grid%3A+A+Battery+of+Choices%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Electrical Energy Storage for the Grid: A Battery of Choices.</a> Science. 334, 928-935 (2011).</li>
<li>Esb Inc. Button Cell battery. US patent. , US3655452 A (1972).</li>
<li>Elul, S., Cohen, Y., Aurbach, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+geometry+in+2D+simulation+on+the+charge%2Fdischarge+processes+in+Li-ion+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22J+Electroanal+Chem%22%5BJournal%5D)">The influence of geometry in 2D simulation on the charge/discharge processes in Li-ion batteries.</a> J Electroanal Chem. 682, 53-65 (2012).</li>
<li>Buqa, H., Goers, D., Holzapfel, M., Spahr, M. E., Novak, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+rate+capability+of+graphite+negative+electrodes+for+lithium-ion+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22J+Electrochem+Soc%22%5BJournal%5D)">High rate capability of graphite negative electrodes for lithium-ion batteries.</a> J Electrochem Soc. 152, A474-A481 (2005).</li>
<li>Chen, Y. H., Wang, C. W., Zhang, X., Sastry, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porous+cathode+optimization+for+lithium+cells%3A+Ionic+and+electronic+conductivity%2C+capacity%2C+and+selection+of+materials%5BTitle%5D)+AND+%22J+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Porous cathode optimization for lithium cells: Ionic and electronic conductivity, capacity, and selection of materials.</a> J Power Sources. 195, 2851-2862 (2010).</li>
<li>Arora, P., Doyle, M., Gozdz, A. S., White, R. E., Newman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+between+computer+simulations+and+experimental+data+for+high-rate+discharges+of+plastic+lithium-ion+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22J+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Comparison between computer simulations and experimental data for high-rate discharges of plastic lithium-ion batteries.</a> J Power Sources. 88, 219-231 (2000).</li>
<li>Dillon, S. J., Sun, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microstructural+design+considerations+for+Li-ion+battery+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Solid+St+M%22%5BJournal%5D)">Microstructural design considerations for Li-ion battery systems.</a> Curr Opin Solid St M. 16, 153-162 (2012).</li>
<li>Harris, S. J., Lu, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Inhomogeneities-Nanoscale+to+Mesoscale-on+the+Durability+of+Li-Ion+Batteries%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+C%22%5BJournal%5D)">Effects of Inhomogeneities-Nanoscale to Mesoscale-on the Durability of Li-Ion Batteries.</a> J Phys Chem C. 117, 6481-6492 (2013).</li>
<li>Liu, G., Zheng, H., Song, X., Battaglia, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particles+and+Polymer+Binder+Interaction%3A+A+Controlling+Factor+in+Lithium-Ion+Electrode+Performance%5BTitle%5D)+AND+%22J+Electrochem+Soc%22%5BJournal%5D)">Particles and Polymer Binder Interaction: A Controlling Factor in Lithium-Ion Electrode Performance.</a> J Electrochem Soc. 159, A214-A221 (2012).</li>
<li>Zheng, H. H., Yang, R. Z., Liu, G., Song, X. Y., Battaglia, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cooperation+between+Active+Material%2C+Polymeric+Binder+and+Conductive+Carbon+Additive+in+Lithium+Ion+Battery+Cathode%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+C%22%5BJournal%5D)">Cooperation between Active Material, Polymeric Binder and Conductive Carbon Additive in Lithium Ion Battery Cathode.</a> J Phys Chem C. 116, 4875-4882 (2012).</li>
<li>Liu, Z. X., Battaglia, V., Mukherjee, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesoscale+Elucidation+of+the+Influence+of+Mixing+Sequence+in+Electrode+Processing%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Mesoscale Elucidation of the Influence of Mixing Sequence in Electrode Processing.</a> Langmuir. 30, 15102-15113 (2014).</li>
<li>Liu, Z. X., Mukherjee, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microstructure+Evolution+in+Lithium-Ion+Battery+Electrode+Processing%5BTitle%5D)+AND+%22J+Electrochem+Soc%22%5BJournal%5D)">Microstructure Evolution in Lithium-Ion Battery Electrode Processing.</a> J Electrochem Soc. 161, E3248-E3258 (2014).</li>
<li>Zheng, H. H., Tan, L., Liu, G., Song, X. Y., Battaglia, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calendering+effects+on+the+physical+and+electrochemical+properties+of+Li%5BNi1%2F3Mn1%2F3Co1%2F3%5DO-2+cathode%5BTitle%5D)+AND+%22J+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Calendering effects on the physical and electrochemical properties of Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O-2 cathode.</a> J Power Sources. 208, 52-57 (2012).</li>
<li>Zheng, H. H., Li, J., Song, X. Y., Liu, G., Battaglia, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comprehensive+understanding+of+electrode+thickness+effects+on+the+electrochemical+performances+of+Li-ion+battery+cathodes%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochim+Acta%22%5BJournal%5D)">A comprehensive understanding of electrode thickness effects on the electrochemical performances of Li-ion battery cathodes.</a> Electrochim Acta. 71, 258-265 (2012).</li>
<li>Marks, T., Trussler, S., Smith, A. J., Xiong, D. J., Dahn, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Guide+to+Li-Ion+Coin-Cell+Electrode+Making+for+Academic+Researchers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Electrochem+Soc%22%5BJournal%5D)">A Guide to Li-Ion Coin-Cell Electrode Making for Academic Researchers.</a> J Electrochem Soc. 158, A51-A58 (2011).</li>
<li>Li, C. C., Wang, Y. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Binder+Distributions+in+Water-Based+and+Organic-Based+LiCoO2+Electrode+Sheets+and+Their+Effects+on+Cell+Performance%5BTitle%5D)+AND+%22+J+Electrochem+Soc%22%5BJournal%5D)">Binder Distributions in Water-Based and Organic-Based LiCoO2 Electrode Sheets and Their Effects on Cell Performance.</a> J Electrochem Soc. 158, A1361-A1370 (2011).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

אופטימיזציה של שלבי ערבוב הרטובים הן קריטיות ליכולת צמיגות slurry וציפוי, אשר משפיעה על האחידות והדבקה של האלקטרודה. הנה שיטת ערבוב גבוהה גזירה מנוצלת, שבו הממס, התוסף, קלסר, וחומר פעיל מעורבבים יחד ניצול התנועות הקינטית של כדורי זכוכית הווה בבקבוקונים. טכניקת ערבוב זה מציעה את היתרון של פעמים ערבוב מהירות הרבה יותר בהשוואה לשיטת stirrer מגנטית. מעבר לכך, ערבוב גזירה גבוה זה מאפשר לפתרונות צמיגים יותר להיות מעורבים בצורה יעילה, ומספק את הצורך לערבב קלסרים קשים יותר האנרגיה כגון מס...

סוללות ליתיום-יון מהוות מקור מבטיח למלא את הדרישות ההולכות וגובר של התקני אחסון אנרגיית 1-4. שיפורים ביכולת של Libs לא רק לשפר את הטווח האפקטיבי של כלי רכב חשמליים 5,6, אלא גם לשפר את מחזור החיים שלהם על ידי הפחתת עומק פריקה, אשר בתורו מגדיל את הכדאיות של Libs לשימוש ביישומי אחסון אנרגיית רשת 7. שימש במקור למכשירי שמיעה בשנתי ה -1970 8, תאי מטבע היום משמשים בדרך כלל בפיתוח וההערכה של חומרי אלקטרודה חדשים וקיימים. כאחד מגורמי הצורה הקטנים ביותר לסוללות, תאים אלה מייצגים דרך פשוטה ויעילה ליצירת סוללות במסגרת מחקר אקדמית. סוללת ליתיום יון טיפוסית מורכבת קתודה, אנודה, אספנים הנוכחיים, ומפריד נקבובי המונע shorting של האנודה והקתודה. במהלך המבצע של סוללת ליתיום-יון, ioNS ואלקטרונים ניידים. במהלך פריקה, יונים לנסוע מהאלקטרודה השלילית (האנודה) באמצעות המפריד הנקבובי ולאלקטרודה החיובית, או קתודה. בינתיים, אלקטרונים לנסוע דרך האספן הנוכחי, מעבר למעגל החיצוני, לבסוף recombining עם היונים בצד הקתודה. על מנת להקטין את כל התנגדויות הקשורים יון והעברת אלקטרונים, הרכיבים צריכים להיות בכיוון נכון - נסיעות יוני המרחק צריכה להיות ממוזערות. בדרך כלל רכיבים אלה משולבים בתצורה &quot;כריך&quot;. סוללות משומשות בכלי רכב חשמליים, טלפונים סלולריים, ומוצרי אלקטרוניקה מורכבות מסנדוויצ&#39;ים גדולים שצורה ספיראלית פצע או מקופל, בהתאם לגורם הצורה של הסוללה. של תאי סוגים אלה יכולים להיות קשים מאוד לייצור בקנה מידה קטנה ללא עלויות גבוהות. עם זאת, בתא בגודל מטבע יש כריך אחד בלבד בתוך התא. למרות שציוד מיוחד עדיין יש צורך ליצור את האלקטרודות אני<html> תאי n מטבע, התאים עצמם ניתן להרכיב במהירות ביד וחתום בתוך סביבה מבוקרת. הביצועים של סוללות, ללא קשר לסוג, תלויים בחומרים היוצרים את האלקטרודה החיובית ושלילית, הבחירה של אלקטרוליט, וארכיטקטורת תא 4,9-13. אלקטרודה LIB טיפוסית מורכבת משילוב של לי-המכיל חומר פעיל, תוסף מוליך, קלסר פולימרים, וחלל הריק שמלא באלקטרוליט. עיבוד אלקטרודה יכול להיות מאורגן לחמישה שלבים עיקריים: ערבוב יבש אבקה, ערבוב רטוב, הכנת מצע, יישום סרט, וייבוש - צעד שניתן לעתים קרובות מעט תשומת לב. כאשר ייצור אלקטרודה באמצעות מדרגות עיבוד אלה, המטרה הסופית היא להשיג סרט אלקטרודה אחיד הכולל את החומר הפעיל, תוסף מוליך, קלסר. התפלגות אחידה זה היא קריטית לביצועים אופטימליים של Libs 14-18. NT &quot;&gt; מדריך זה מייצג את הצעדים מנוצלים בטקסס A &amp; M באנרגית המעבדה ומדעי התחבורה (ETSL) ובאוניברסיטת מדינת טקסס לייצור תאי מטבע להערכת אלקטרודה חומרים חדשים וקיימים. מעבר לבסיסיים צעדים מצאו מתועד במקורות רבים , יש לנו כלל המומחיות שלנו בשלבים קריטיים, וציין פרטים חשובים שלעתים קרובות נותרים מחוץ מסמכי שיטות דומים ופרסומים רבים. בנוסף, השיטות פיזיות ואלקטרוכימיים העיקריות המשמשות במעבדה שלנו (רכיבה על אופניים וgalvanostatic אלקטרוכימי עכבת ספקטרוסקופיה (EIS)) הם הובהרו ב.

<table><tbody><tr><td>LiNiMNCoO2 (NMC, 1:1:1)</td><td>Targray</td><td>PLB-H1</td><td></td></tr><tr><td>CNERGY Super C-65</td><td>Timcal</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polyvinylidene Difluoride (PVDF)</td><td>Kynar</td><td>Flex 2801</td><td></td></tr><tr><td>1-Methyl-2-pyrrolidinone נטול מים, 99.5% NMP</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>328634</td><td></td></tr><tr><td>1.0 M LiPF6 in EC/DEC (1:1 by vol)</td><td>BASF</td><td></td><td></td>50316366</tr><tr><td>מפריד Celgard 2500</td><td>MTI</td><td>EQ-bsf-0025-60C</td><td>25 & #956; עובי מ '; </td></tr><tr><td>רדיד אלומיניום</td><td>פוליפרופילן MTI</td><td>EQ-bcaf-15u-280</td><td></td></tr><tr><td>סרט ליתיום</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>320080</td><td>0.75 מ"מ עובי</td></tr><tr><td>2-פרופנול, מגיב ACS, &ge; 99.5%</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>190764</td><td></td></tr><tr><td>אצטון, מגיב ACS ו-ge; 99.5%</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>179124</td><td></td></tr><tr><td>נירוסטה CR2032 ערכת תא מטבע&nbsp;</td>מארז חומרי <td></td><td>טרף</td><td>, כובע ואטם PP</td></tr><tr><td>מרווח נירוסטה&nbsp;</td><td>חומרי</td><td></td> טרף <td>קוטר 15.5 מ"מ x 0.5&nbsp; עובי מ"מ</td></tr><tr><td>קפיץ גל נירוסטה&nbsp;</td><td>חומרי</td><td></td> טרף <td>קוטר 15 מ"מ x 1.4&nbsp; גובה מ"מ בקנה</td></tr><tr><td>מידה אנליטי</td><td>Ohaus</td><td>Adventurer AX</td><td></td></tr><tr><td>אגת מרגמה ועלי</td><td>VWR</td><td>89037-492</td><td>5 אינץ'</td></tr><tr><td>קוטר צינור כונן</td><td>IKA</td><td>3645000</td><td></td></tr><tr><td>20 מ"ל צינור ערבוב</td><td>IKA</td><td>3703000</td><td></td></tr><tr><td>כדורי זכוכית</td><td>McMaster-Carr</td><td>8996K25</td><td>6 מ"מ קוטר</td></tr><tr><td>מוליך</td> <td>סרט אוטומטיאלקומטר</td><td>K4340M10-דוקטור</td><td></td></tr> <tr><td>להב</td><td>אלקומטר</td><td>K0003580M005</td><td></td></tr><tr><td>סט למות</td><td>Mayhew</td><td>66000</td><td></td></tr><tr><td>תנור ואקום</td><td>MTI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>משאבת ואקום</td><td>MTI</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מעבדה לחץ</td><td>MTI</td><td>YLJ-12</td><td></td></tr><tr><td>מלחץ הידראולי</td><td>MTI</td><td>MSK-110</td><td></td></tr><tr><td>תא כפפות</td><td>MBraun</td><td>LABstar</td><td></td></tr><tr><td>סוללה Cycler</td><td>Arbin Instruments</td><td>BT2000</td><td></td></tr><tr><td>פוטנציוסטט/גלוונוסטט/EIS</td><td>ביולוגי</td><td>VMP3</td><td></td></tr></tbody></table>

עיבוד בלתי מימי אלקטרודה ובנייה של תאי ליתיום-יון מטבע

Non-aqueous Electrode Processing and Construction of Lithium-ion Coin Cells

מחקר על חומרים חדשים ומשופרים לשימוש בסוללות ליתיום-יון (LIB) מחייב מקבילה ניסויית לכל ניתוח חישובי. בדיקת סוללות ליתיום-יון במסגרת אקדמית לבשה מספר צורות, אך ברמה הבסיסית ביותר טמונה בניית תאי המטבע. בהכנת אלקטרודות LIB מסורתית, תמיסת רב-פאזית המורכבת מחומר פעיל, קלסר ותוסף מוליך נזרקת על מצע. לאחר מכן ניתן לנקב דיסק אלקטרודה מהסדין המיובש ולהשתמש בו בבניית תא מטבע להערכה אלקטרוכימית. ניצול הפוטנציאל של החומר הפעיל בסוללה תלוי באופן קריטי במיקרו-מבנה של האלקטרודה, שכן חלוקה מתאימה של הרכיבים העיקריים חיונית להבטחת מוליכות חשמלית אופטימלית, נקבוביות ופיתול, כך שהאינטראקציה האלקטרוכימית והתחבורה תהיה אופטימלית. שלבי עיבוד החל משילוב של אבקה יבשה, ערבוב רטוב וייבוש יכולים כולם להשפיע באופן קריטי על אינטראקציות רב-פאזיות המשפיעות על היווצרות המיקרו-מבנה. בדיקה אלקטרוכימית מחייבת בניית אלקטרודות ותאי מטבע בזהירות ודיוק מירביים. מאמר זה נועד לספק מדריך שלב אחר שלב של עיבוד אלקטרודות לא מימיות ובניית תאי מטבע עבור סוללות ליתיום-יון במסגרת אקדמית ועם דגש על פענוח השפעת הייבוש ולוח השנה.

גיליון אלקטרודה להטיל כראוי אמור להופיע אחיד במראה פני השטח ולדבוק כראוי לאספן הנוכחי. בדרך כלל מתקלף של גיליון אלקטרודה נגרמת על ידי שני תחריט עני של המצע, או שיש קצת תמ&quot;א בשלב הערבוב הראשוני. לחלופין, יותר מדי יכול לגרום לתמ&quot;א גיליון להציג רמה גבוהה יותר של נקבוביות, שאינה רצוי. לבסוף, דפוס שלישי ניתן לראות על פני האלקטרודה, שבו מופיע איגום להתרחש. אינטראקציות עם תנאי הסביבה של החדר (לחות, טמפרטורה, וכל תנועת אוויר) הם הגורמים הסביר ביו...

עיבוד אלקטרודות לא מימיות הוא מרכזי בבניית תאי מטבע ובהערכה של כימיה חדשה של אלקטרודות עבור סוללות ליתיום-יון. מדריך שלב אחר שלב לשיטות הבסיסיות הדרושות כמהנדס אלקטרוכימי העובד עם סוללות במסגרת ניסויית אקדמית מסופק.

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational ...

המטרה הכללית של הדגמה ניסויית זו היא לספק הנחיה פרוצדורלית שלב-אחר-שלב להכנת אלקטרודות לסוללת ליתיום-יון ולהרכבת תא מטבע (coin cell), יחד עם ניתוח ואפיון אלקטרוכימי שניתן לבצע במסגרת מעבדה אקדמית. הדגמה זו מדגישה את חשיבותו של העיבוד האלקטרוכימי על ביצועיהן של סוללות ליתיום-יון ועל תכונותיהן האלקטרוכימיות. אחת הנקודות המרכזיות היא הניסיון להדגיש את חשיבות האידוי בשלב הייבוש בתהליך העיבוד והייצור של אלקטרודת סוללת ליתיום.אנו מקווים שהדגמה זו תספק הנחיות שלב-אחר-שלב לסטודנטים ולכל מי שמנסה להתחיל את התוכנית בהנדסה אלקטרוכימית, ובמיוחד בתחום אחסון ה-ADR. כדי להתחיל בהליך זה, גזרו גיליון של רדיד אלומיניום בעובי 15-micrometer ובמידות של 4.5 inch על 12 inch, באמצעות חיתוך נייר. רססו אצטון על פניו של לוח פלסטיק נקי, ולאחר מכן הניחו את גיליון הרדיד על הלוח.בשלב הבא, רססו כמות נדיבה של acetone על פני השטח של הרדיד, והתחילו לשפשף את כל השטח בתנועות חצי-סמיעריות קטנות, באמצעות סקוץ'. רססו acetone נוסף על פני השטח, ונגבו את השאריות בעזרת נייר סופג. שטפו את לוח האלומיניום שנחרט במי-דה-יוניזציה (deionized water) בצד היציקה.הפכו את הלוח וחזרו על אותו הליך בצד המבריק, ושוב בצד המט. לאחר שטיפה באיזופרופיל אלכוהול, הניחו את לוח האלומיניום הנקי בין שני מגבונים נייר. לאחר מכן, הניחו את מגבוני הנייר ואת לוח האלומיניום הנקי בין שתי פלטות שטוחות והפעילו לחץ, באמצעות חפץ כבד, למשך כ-20 דקות.לאחר מכן, העבירו 0.875 גרם של ליתיום מנגנז קובלט אוקסיד, או NMC, ו-0.25 גרם של carbon black למכתש ועלי פיתה מאגט. ערבבו קלות את החומרים יחד ללא טחינה. לאחר שמתחילה להיווצר תערובת, טחנו ידנית במכתש ועלי הפיתה במשך שלוש עד חמש דקות, עד שניתן להבחין באבקה אחידה.בעזרת פיסת נייר לבן, העבירו את האבקה המעורבבת לשפופרת ערבוב חד-פעמית. לאחר מכן, הוסיפו לאבקה 16 כדורי זכוכית ו-5.5 milliliters של 1-methyl-2-pyrrolidone, או NMP. הניחו את השפופרת החד-פעמית על תחנת הנעת שפופרות ונעלו אותה במקומה.הפעל את המכשיר והעלה לאט את המהירות למקסימום, ואפשר לתכולת השפופרת להתערבב במשך 15 דקות. עם סיום הערבוב, הוסף 1.25 גרם של תמיסת 10% polyvinylidene difluoride ב-NMP ישירות לשפופרת. לאחר החזרת השפופרת למכשיר, אפשר לתכולת השפופרת להתערבב במשך שמונה דקות.בשלב הבא, מרחו שכבה של isopropyl alcohol על פני השטח של מורכי הסרט (film applicator) והניחו את תשת המתכת (aluminum substrate) המיובשת, כאשר הצד המבריק פונה כלפי מטה, על פני השטח. לחצו על עודפי ה-isopropyl alcohol באמצעות נייר סופג מקופל עד להסרת כל הקמטים והממס. לאחר הוצאת צינור הערבוב מהנעה של הצינור (tube drive), שפכו את התמיסה (slurry) על פני השטח של התשת בקו באורך של שני עד שלושה אינץ', במרחק של כאינץ' אחד מהחלק העליון של התשת.לאחר מכן, הגדירו את מהירות היציקה ל-20 millimeters per second והפעילו את זרוע היציקה של מורים הסרט (film applicator). עם השלמת היציקה, הרימו את האלקטרודה המיוצקת מפני השטח של מורים הסרט באמצעות פיסת קרטון דקה כדי להבטיח שלא ייווצרו קמטים על הגיליון. לאחר ייבוש של גיליון האלקטרודה במשך 16 שעות בטמפרטורת החדר, ייבשו אותו בתנור ב-70 degrees Celsius למשך כשלוש שעות.בשלב זה, הניחו את גיליון האלקטרודה המיובש על גבי גיליון מתכת האלומיניום שנקי previamente. הניחו בעדינות מחורר נייר בקוטר 1/2 אינץ' על אזור בגיליון בעל פני שטח אחידים. הפעילו לחץ באיטיות על המחורר, תוך גלגול הלחץ סביב קצוות המחורר, כדי להבטיח חיתוך נקי.הסיר את האלקטרודה החתוכה מהגיליון באמצעות פינצטה מפלסטיק נקייה, והנח אותה בתוך מבחנה מסומנת כאשר פני השטח של האלקטרודה פונים החוצה. לאחר מכן, ייבש את האלקטרודות באופן נוסף בתנור ואקום בטמפרטורה של 120 degrees Celsius, בלחץ של minus 0.1 megaPascal, למשך 12 שעות כדי להסיר כל שארית של לחות. לאחר הוצאת האלקטרודות מהתנור, שקול אותן בדיוק של 0.0001 grams.בתוך תא כפפות (glove box), הניחו מארז סוללת כפתור (coin cell case) בתוך סירת שקילה קטנה והניחו את הקתודה במרכז מארז סוללת הכפתור. טפטפו טיפה אחת עד שתיים של אלקטרוליט למרכז האלקטרודה, וטיפה אחת על צדדים מנוגדים של שולי המארז. הניחו מפריד (separator) בודד בגודל 3/4 inch על פני השטח של האלקטרודה.לאחר מכן, הניחו את האטם בתוך המארז, כאשר הצד השטוח פונה כלפי מטה והצד עם השפה פונה כלפי מעלה. טפטפו שתיים עד שלוש טיפות של אלקטרוליט למרכז התא והניחו את אלקטרודת העזר המוכנה במרכז, כאשר צד הליתיום פונה כלפי מטה. הניחו את הקפיץ הגלי מעל אלקטרודת העזר הממורכזת.לאחר מכן, מלאו את התא עד שפתו עד עם אלקטרוליט, עד שייווצר מניסקוס קמור המכסה את רוב שטח קפיץ הגל. הניחו בזהירות את מכסה תא המטבע על גבי התא, תוך שימוש בפינצטה כדי להחזיק את המכסה ממורכז אנכית מעל התא. לחצו על המכסה כלפי מטה עד שיתיישב בשפת האטם.העבירו את התא למכבש, וודאו שהתא ממורכז בחריץ של תבנית הכבישה. כבשו את התא בלחץ של כ-6.2 megaPascal, ושחררו. נקו כל שארית של אלקטרוליט שנשפך.בסיום, הוצא את התא מתיבת הכפפות. לאחר הוצאת התא מתיבת הכפפות, נקה שאריות של אלקטרוליט וסמן את התא. בשלב זה, חבר את התא הנקי למכשיר בדיקת סבבי הטענה ופריקה (battery cycler).יש לוודא שההדקים מחוברים כראוי על ידי מדידת פוטנציאל מעגל פתוח. עם מסה נמדדת של אלקטרודה של 0.0090 גרם, מסה של דיסק אלומיניום של 0.0054 גרם וקיבוליות נקובת של 155 milliAmp hours לגרם, קבעו את הזרם הרצוי. לאחר מכן, הגדירו בבקר הטעינה (cycler) את לוח הזמנים לטעינה ופריקה של התא בין רמות המתח העליונה והתחתונה של 4.2 volts ו-2.8 volts, בהתאמה.בצע ארבעה מחזורי טעינה ופריקה של התא בקצב של C/10. לאחר מכן, טען את התא פעם אחת ב-C/10. לאחר הטעינה החמישית ב-C/10, בצע מדידת EIS על התא לאחר מנוחה של שעה אחת.לאחר מכן, החזירו את התא למכשיר הציקלר ובצעו פריקה בשיעור של C/10. לאחר ביצוע ניתוח EIS נוסף והחזרת התא למכשיר הציקלר, העבירו את התא חמישה מחזורי טעינה-פריקה בשיעורים של C/5, C, 2C, 5C ו-10C, ולאחריהם 100 מחזורים בשיעור של 1C. קבעו את הקיבולת הסגולית של התאים בכל שיעור C, על ידי חלוקת הקיבולת ב-milliAmp hours במסה של החומר הפעיל הנמצא בקתודה.חשבו את שימור הקיבולת על ידי חלוקת הקיבולת הסגולית הממוצעת של חמשת מחזורי ה-one C האחרונים בקיבולת הסגולית הממוצעת של חמשת מחזורי ה-one C הראשונים. גיליון אלקטרודה שנוצק כראוי צריך להיראות אחיד ולהיצמד לאספן הזרם. קילוף של הגיליון נגרם עקב תקיצה (etching) לקויה או כמות מועטה מדי של NMP.כמות מופרזת של NMP עלולה לגרום לדרגת נקביות גבוהה יותר. לבסוף, משטח שאינו אחיד עלול להיגרם מהצטברות של חומר במהלך הייבוש. כאשר התא אינו אטום כראוי, חשיפה לאטמוספירה תגרום לנפיחות של הליתיום, דבר שיגרום לפתיחה פתאומית של התא.דמיון SEM של פני השטח של האלקטרודה חושף את המורכבות של הקתודה. החלקיקים הגדולים הם החומר הפעיל, והחומר הנותר הוא polyvinylidene difluoride ופחמן שחור (carbon black). כאן מוצגות תוצאות מחזוריות מייצגות עבור יריעה שיובשה מהר מדי ועבור יריעה שיובשה כראוי.ניתן לקבוע את האנרגיה הסגולית של התאים על פי השטח שמתחת לעקומת הפריקה. השיפוע של הזנב בנתוני ה-EIS מעיד על התנגדות הנובעת מדיפוזיה, והחצי-מעגל מייצג את מספר ההתנגדויות הנובעות מהתנגדויות מעבר מטען. לדף שהיבש במהירות יש רדיוס גדול יותר, המעיד על התנגדות מעבר מטען גבוהה יותר.לעובי היציקה, לצמיגות ולהרכב התמיחה, ולמידת הדחיסה (calendaring) יש השפעה ישירה על נקבוביותה ועל עוביה של פלטת האלקטרודה. פלטה דקה יותר מאפשרת מרחקי דיפוזיה קצרים יותר. ניתן למטב את הנקבוביות כדי לאפשר מעבר יעיל יותר.לאחר רכישת המיומנות, ניתן להשלים את השיטה תוך 24 שעות אם היא מבוצעת כראוי. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חובה להשתמש בכפפות מגן ולשמור על ניקיון דפי האלקטרודות, ולאחר מכן לבצע את הרכבת התא הסופית בתוך תא כפפות. לאחר ביצוע פרוצדורה זו עם תא המטבע המורכב, ניתן לבצע באופן שגרתי בדיקות אלקטרוכימיות, כגון סבבי טעינה-פריקה, וולטמטריית סבבים וספקטרוסקופיית עכבה אלקטרוכימית, כדי לאפיין את התנהגות התא ומאפייני הביצועים שלו תחת תנאי סבב ותנאים סביבתיים שונים.בדיקה ניסיונית זו מדגישה את חשיבותו של העיבוד החשמלי (electroprocessing) על ביצועי התא והמאפיינים האלקטרוכימיים. לאחר צפייה בסרטון ההדגמה, תרכשו הבנה טובה של השלבים החיוניים בהכנת האלקטרודה ובהרכבת תא מטבע (coin cell), ובהמשך בביצוע הבדיקה האלקטרוכימית עבור סוללות ליתיום-יון במעבדה. זכרו כי האלקטרוליט עלול להגיב בקלות עם חמצן ומים, ולכן יש לבצע את הרכבת תא המטבע בתוך תא כפפות (glove box).

non-aqueous-electrode-processing-construction-lithium-ion-coin

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

פרוטוקול לבנות ולבדוק תאים מטבע של סוללות ליתיום יון מתואר. הנהלים הספציפיים של ביצוע העבודה האלקטרודה, הכנת אלקטרודה נגדית, הרכבת התא בתוך שבתא הכפפות ובדיקה תא מוצגים.

בנייה ובדיקה של תאים מטבע של סוללות ליתיום יון

סוללות ליתיום יון להעסיק אלקטרוליטים אורגניים דליקים והנפיצים המתאימים ליישומי טמפרטורת הסביבה. חלופה בטוחה יותר לאלקטרוליטים אורגניים הן סוללות פולימר מוצקות. סוללות פולימר מוצקות לפעול בבטחה בטמפרטורות גבוהות (&gt; 120 מעלות צלזיוס), ובכך הופכים אותם רלוונטיים ליישומים בטמפרטורות גבוהות כגון קידוח נפט עמוק וכלי רכב חשמליים היברידיים. מאמר זה ידון (א) את סינתזת הפולימר, (ב) מנגנון ההולכה הפולימר, ו (ג) לספק רכיבה על אופניים טמפרטורה עבור שניהם פולימר מוצק ואלקטרוליטים אורגניים.

אלקטרוליטים קופולימר שתל מצב מוצק עבור יישומי סוללת ליתיום

אנו מתארים את השימוש בספקטרוסקופיה סינכרוטרון רנטגן הקליטה (סאס) ועקיף X-ray טכניקות (XRD) כדי לבחון את הפרטים של תהליכי העיבור / deintercalation בחומרי אלקטרודה עבור סוללות ליתיום נטענת וNa-ion. שניהם באתרם וניסויים באתרו לשעבר נמצאים בשימוש כדי להבין את התנהגות מבנית רלוונטית להפעלתם של מכשירים...

אפיון של חומרי אלקטרודה לסוללות ליתיום יון ויון נתרן באמצעות טכניקות Synchrotron קרינה

אנו מתארים את התכנון והבנייה של תא אלקטרוכימי לבחינת חומרי האלקטרודה באמצעות בעקיפת אתר אבקת ניטרונים (NPD). אנו להתייחס בקצרה חלופיים בעיצובי תא NPD האתר ולדון בשיטות לניתוח מקביל בנתונים NPD האתר הופקו באמצעות תא זה.

באתרו ניוטרון אבקת השתברות שימוש בסוללות ליתיום-יון מתוצרת מותאמת אישית

פרוטוקול לבדיקה אלקטרוכימית של סוללת Li-O2 אפרוטית עם הכנת אלקטרודות ואלקטרוליטים ומבוא לשיטות האפיון הנפוצות מוצג כאן.

פרוטוקול של מבחן אלקטרוכימי אפיון Aprotic Li-O<sub&gt; 2</sub&gt; סוללה

כאן, אנו מתארים פרוטוקולים להכנת נוזל יוני מבוסס פוספוניום ואלקטרוליטים של מלח ליתיום ביס(טריפלואורומתאן)סולפונימיד, ולהרכיב סוללת תא מטבע ליתיום-יון שאינה דליקה ומתפקדת בטמפרטורה גבוהה.

סינתזה של אלקטרוליטים מבוססים נוזלים יוניים, הרכבה של סוללות Li-ion, ומדידות של ביצועים בטמפרטורה גבוהה

שילוב של אלקטרודות הפניה ב- li-ion סוללה מספק מידע חשוב להבהיר המנגנונים השפלה מתח גבוה. במאמר זה, אנו מציגים עיצוב התא יכול להכיל מספר אלקטרודות הפניה, יחד עם מכלול השלבים כדי להבטיח דיוק מירבי של הנתונים שהתקבלו במדידות אלקטרוכימי.

אלקטרודה הפניה Lithiated באתרו: אלקטרודה ארבע עיצוב עבור ספקטרוסקופיה עכבה בבית-operando

3-אלקטרודה תאים שימושיים בלימוד של אלקטרוכימיה של סוללות ליתיום. כזה התקנה אלקטרוכימי מאפשר את התופעות הקשורות עם קטודית, אנודת להיות decoupled ולא בדק באופן עצמאי. כאן, אנו מציגים מדריך בנייה ושימוש תא 3-אלקטרודה מטבע עם דגש על ליתיום יופיצ analytics.

3-אלקטרודה מטבע תא הכנה וניתוח Electrodeposition עבור סוללות ליתיום

אנו מציגים פלטפורמה ייחודית לאפיון משטחי האלקטרודה בתאי דלק תחמוצת מוצקים (SOFCs) המאפשרת ביצוע סימולטני של שיטות אפיון מרובות...

חיטוט ומיפוי משטחי אלקטרודה דלק תאי תחמוצת מוצקות

זה נייר הדרכה להנחות את הבנייה ואבחון של לייזרים חיצוניים דיודה החלל (ECDLs), כולל בחירת רכיבים ויישור אופטי, כמו גם את היסודות של מדידות ספקטרוסקופיה התייחסות התדירות וlinewidth הלייזר עבור יישומים בתחום הפיזיקה אטומית.

בנייה ואפיון חיצוני לייזרי חלל דיודה לפיסיקה אטומית

למדו את שיטות עיבוד האלקטרודות הלא-מימיות ובניית תאי מטבע ליתיום-יון לצורך הנדסה אלקטרוכימית. מדריך זה מספק הנחיות מפורטות להכנת אלקטרודות ואפיון אלקטרוכימי במעבדה אקדמית.

עיבוד בלתי מימי אלקטרודה ובנייה של תאי ליתיום-יון מטבע

גלה סרטונים נוספים