3-אלקטרודה מטבע תא הכנה וניתוח Electrodeposition עבור סוללות ליתיום

המטרה הכוללת של מחקר זה היא להדגים בנייה של מערך אמין של תאי מטבע של שלוש אלקטרודות כדי לחקור תופעות פירוק בתאי ליתיום-יון תוך זיהוי השפעת האנודה והקתודה. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום אגירת האנרגיה והשרביט, כגון מה תפקיד האנודה והקתודה בתופעות הפירוק של תאי הליתיום-יון. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שפשטות בניית התאים, יחד עם אמינות המדידה, של תכונות אלקטרוכימיות.

ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על ניטור המאפיינים האלקטרוכימיים של אנודה וקתודה בנפרד במהלך תהליך הטעינה והפריקה עקב נוכחותה של אלקטרודת הייחוס. בנה את אלקטרודת הייחוס עם חוט נחושת אמייל. חותכים חוט באורך 120 מילימטר לכל תא בעל שלוש אלקטרודות.

הנח קצה אחד של חוט כעשרה מילימטרים לתוך מכבש מעבדה והפעל ארבעה מגה-פסקל של לחץ. לאחר הסרת החוט, חותכים אותו כך שהחלק המשוטח יהיה באורך של כשני מילימטרים. לאחר מכן, השתמש בזהירות באזמל כדי להסיר את הבידוד החיצוני בקצה השטוח.

הניחו את החוט בצד והמשיכו הלאה להכנת התרחיץ. השג תמיסה של 10% משקל PVDF ו-NMP. שקלו בנפרד והוסיפו לאותו טיט אבקת ליתיום טיטנאט, גרפיט סינטטי ותוסף מוליך.

מערבבים וטוחנים את האבקות עד לקבלת תערובת אחידה. לאחר מכן, העבירו את תערובת האבקה לצינור ערבוב חד פעמי של 20 מיליליטר. לאחר מכן, השתמש בפיפטה כדי להוסיף תמיסת NMP.

המשך בהוספת 16 כדורי ערבוב זכוכית סיליקט בקוטר שישה מילימטר לפני הברגת המכסה. השתמש במכשיר ערבוב שקוף גבוה כדי לערבב את התרחיץ. לאחר הערבוב, עבדו עם התרחיץ והחוט החשוף שהוכן בעבר.

ביד, טובלים את קצה הנחושת החשוף בתרחיץ המעורב. עם ההסרה, חבר את החוטים לבסיס, יצוק בסופו של דבר, לייבוש. יבש את האלקטרודות בתנור מעבדה בחום של 70 מעלות צלזיוס למשך שמונה שעות לפחות.

כאשר כל הרכיבים והאלקטרוליט מוכנים, הכניסו אותם לתא כפפות ארגון. להלן המארז והמכסה, האטם, מפרידי הפוליפרופילן, מרווח הנירוסטה וקפיץ הגל. יש לכופף את אלקטרודת הייחוס לצורה ספירלית באמצעות צבת.

בתוך תא הכפפות, הכינו שני דיסקים נקיים של ליתיום. קבל דיסק אחד של ליתיום ומרווח נירוסטה. הנח את דיסק הליתיום במרכז המרווח ולאחר מכן לחץ על שניהם יחד בחוזקה.

בדוק שהליתיום נדבק למרווח. כעת, עבוד עם מארז תא המטבע וסירת שקילה קטנה ומרכז את דיסק הליתיום השני בתוך המארז. לחץ עליו בחוזקה וודא שהוא נדבק.

הניחו מספר טיפות אלקטרוליט על דיסק הליתיום. הניחו מספר טיפות נוספות סביב קצה הליתיום כדי למלא את הרווח החיצוני. לאחר מכן, הניחו מפריד פוליפרופילן על גבי דיסק הליתיום הרטוב.

כאשר המפריד נרטב לחלוטין, הנח את האטם בתא כששפתו פונה כלפי מעלה. השתמש בזוג פינצטה מפלסטיק כדי למקם בעדינות את ספירלת אלקטרודת הייחוס במרכז התא. הוסף כמה טיפות אלקטרוליט סביב אלקטרודת הייחוס.

לאחר מכן, הנח מפריד מרובע קטן במקום בו החוט חוצה את האטם והמארז. המשך על ידי הנחת מפריד פוליפרופילן על גבי אלקטרודת הייחוס. אחזר את דיסק מרווח הליתיום והנח אותו על גבי המכלול, כשצד הליתיום כלפי מטה.

לאחר מכן, הנח את קפיץ הגל על גבי המרווח. לאחר מכן, השתמש בפינצטה מפלסטיק כדי להניח בזהירות את המכסה על כל המכלול. השתמש במלחץ כדי לכווץ את תא המטבע לכחמישה מגה-פסקל.

בשלב זה ניתן להסיר את התא מתא הכפפות. נקה וייבש את התא לפני שתמשיך. כדי לאטום אותו, השתמש בקיסם כדי למרוח כמות קטנה של אפוקסי לא מוליך במקום בו החוט יוצא מתא המטבע.

לצורך ליטיאציה, הגדר את מכשיר הבדיקה. הנח ריבוע קטן של סרט חשמלי על פני החלק העליון של מארז תא המטבע והנח אותו במחזיק התא. השתמש בקליפ תנין כדי לחבר את אלקטרודת הייחוס לחיבור החיובי של מחזיק התא.

מחזור את אלקטרודת הייחוס מספר פעמים בטווח המתח המתאים. שימו לב למתח הייחוס, שאמור להתרחש במהלך תהליכי טעינה ופריקה. החזר את התא לתא הכפפות של הארגון המצויד בחומרים ליצירת תא עובד.

הנח את דיסק הקתודה במרכז מארז התא. לאחר מכן, הניחו כמה טיפות של האלקטרוליט על החלק העליון וסביב הקצה. לאחר מכן, הניחו מפריד על גבי האלקטרודה הרטובה.

מעל זה, הנח את האטם כשהשפה פונה כלפי מעלה. הניחו את המכלול בצד וקבלו את תא ההכנה המסולסל. מרחו סרט חשמלי על החלק העליון של המארז והחזיקו אותו בעזרת צבת עם אף דק.

השתמש בצבת חיתוך כדי לפתוח בזהירות אך בחוזקה את קצה תא המטבע. כאשר זה אפשרי, הפרד את מארז התא והכובע וחלץ בזהירות את אלקטרודת הייחוס המותאמת. בעזרת צבת, פתח את הספירלה של אלקטרודת הייחוס ויישר אותה.

הפגיש את תא העבודה ואת אלקטרודת הייחוס. הנח את קצה אלקטרודת הייחוס במרכז האלקטרודה העובדת. זה ישתרע על קצה התא.

כופפו מחדש את החוט בקצה התא והניחו מפריד מלבני קטן במקום בו החוט חוצה את המארז. לאחר מכן, מקם מפריד על גבי אלקטרודת הייחוס. מעל זה עם דיסק האנודה המוכן.

הנח בזהירות מרווח נירוסטה של מילימטר אחד על האנודה. לאחר מכן, הנח את קפיץ הגל על המכלול. כעת, מלאו את התא עד אפס מקום באלקטרוליט.

השתמש בפינצטה מפלסטיק כדי להניח בזהירות את מכסה התא על המכלול. העבירו את התא למלחץ ולחצו את התא לחמישה מגה-פסקל. לאחר הוצאת התא מקופסת הארגון, יש לנקות ולאטום אותו.

הניחו לתא שהושלם להתייבש למשך שעה לפחות. קח את התא למכשיר מדידה אלקטרוכימי. חבר את התא כמו בסכימה זו.

הכוח החיובי והחיישן החיובי מתחברים לקתודה. הכוח השלילי והחיישן מתחברים לאנודה. ההתייחסות מתחברת לאלקטרודת הייחוס.

מחזור את התא המלא בקצב C הרצוי ובמקביל מדוד פוטנציאל קתודה ואנודה של תאים מלאים. העבר את התא למכשיר ספקטרוסקופיה של עכבה אלקטרוכימית. חבר את הכוח והחיישן החיוביים לקתודה של התא ואת הכוח השלילי ואת חיישן הייחוס והחיישן לאנודה.

השאר את אלקטרודת הייחוס מנותקת. בלוח הבקרה, בחר משרעת של עשרה מילי-וולט. בחר את תחום התדרים של מגה-הרץ אחד עד מיליה-הרץ אחד.

התחל לאסוף את העכבה של התא המלא. להלן מדידות המתח בזרם קבוע עבור אנודה, באמצעות הסולם מימין, וקתודה, וגם תא מלא של שתיים ושלוש אלקטרודות באמצעות הסולם משמאל. קצב הטעינה הוא 1/10 מהמקסימום המחושב.

מתחי התא המלאים עבור תאי שתיים ושלוש אלקטרודות זהים, מה שמרמז על כך שאלקטרודת הייחוס אינה משנה את ההתנהגות. השווה אותם למדידות מתח במהלך הפריקה. במהלך הטעינה, פוטנציאל הקתודה גדל ביחס לליתיום חתך ליתיום פלוס כאשר הליתיום עובר מהקתודה לאנודה.

הפוטנציאל באנודה פוחת. מדידות המתח במהלך הפריקה מדגימות שההפך קורה בתנאים אלה. זוהי דוגמה לספקטרום העכבה שנאסף עבור התא המלא בעל שלוש האלקטרודות כפונקציה של מצב הטעינה.

להלן ספקטרום נוסף עבור הקתודה והאנודה. הנתונים שימושיים במציאת תרומות אינדיבידואליות לעכבת האלקטרודה כאשר מצב המטען משתנה. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך חמישה ימים, כולל מבחני רכיבה על אופניים ועכבה, אם היא מבוצעת כראוי.

בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור שחוט אלקטרודת הייחוס דק, ועלול להישבר אם לא מטפלים בו כראוי. בעקבות הליך זה, ניתן לבצע תרשימים מהירים ובדיקות בטיחות על מנת לענות על שאלות כמו האם ניתן למפות תא במהירות מבלי לגרום להתדרדרות? ומה התפקיד של אנודה וקתודה באירועי כישלון?

לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום אגירת האנרגיה לאבחן כשל ולשפר את אורך החיים של סוללות ליתיום-יון. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבנות תא יציב ואמין בעל שלוש אלקטרודות באמצעות רכיבים טיפוסיים הנמצאים בכל מעבדה אלקטרוכימית. אל תשכח שעבודה עם תרכובות ליתיום, אלקטרוליטים אורגניים וציוד חשמלי עלולה להיות מסוכנת ביותר, ותמיד יש לנקוט באמצעי זהירות, כגון שימוש בציוד מגן אישי, בעת ביצוע הליך זה.