여기서는 납축전지 전극 다공도를 측정하는 아르키메데스 원리에 기반한 간단하고 저비용 글리세롤 변위 방법을 제시합니다. 이 방법은 재현성이 우수하며 전통적인 기술보다 안전하며, 저위험 화학물질과 장비가 필요합니다. 이 기법과 X선 회절을 이용한 미세구조 분석을 결합하면 배터리 전극 특성과 열화에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
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이 논문에서
요약
초록
납축전지의 성능은 전극의 활성 물질의 구조적·표면적 특성에 크게 좌우됩니다. 재료의 상 조성이 적용 시 중요할 뿐만 아니라, 표면적과 기공성도 배터리의 전반적인 성능에도 기여합니다. 활성 물질의 대표적인 샘플을 분석하는 수은 공공수성 측정법은 전통적으로 배터리 판의 다공성을 측정하는 데 사용되어 왔습니다. 샘플 채취 시 재료에 균열과 공동이 생길 가능성 외에도, 많은 실험실에서 독성 때문에 수은 사용을 중단했습니다. 아르키메데스 기반 글리세롤 변위 기법은 전체 배터리 플레이트의 다공성을 고려하는 간단한 방법이라는 장점이 있습니다. 이 방법이 재료의 기공 부피 분포에 대한 상세한 정보를 제공하지 않을 수 있지만, 개별 플레이트뿐만 아니라 단일 셀 또는 배터리의 여섯 셀에서 채취한 플레이트 그룹에 대해서도 재현성을 달성합니다. 이 방법은 재료의 절대 밀도와 외피 밀도를 바탕으로 다공도를 계산하며, 흡수된 글리세롤 부피를 이용해 판 전체의 평균 다공도를 측정합니다. 납축전지는 보통 활성 물질의 구조적 완전성과 표면 특성에 영향을 미치는 노화 메커니즘에 노출됩니다. 본 연구는 배터리 플레이트 다공도 측정을 위한 글리세롤 변위 기법을 사용하고, 분말 X선 회절 물질 특성화를 결합하여 각각 용량 수명 사이클과 달력 노화 또는 유통기한에 영향을 받은 배터리의 열화 메커니즘을 이해하는 방법을 설명합니다. 결과는 배터리의 고장 메커니즘이 상당히 다르며, 활성 물질의 화학적 및 물리적 특성이 상호 의존적임을 보여주었다; 따라서 단일 분석 도구만으로 고장 메커니즘을 해석할 수 없습니다.
서론
납축전지는 가장 오래된 상업용 충전식 배터리 중 하나입니다. 1859년, 프랑스 물리학자 가스통 플랑트는 두 개의 납판을 황산에 담그며 배터리의 작동 원리를 입증했다. 상용화 잠재력은 20년 후에야 기술이 개선되면서 깨달았는데, 이는 배터리를 방전하고역전류로 충전할 수 있는 접착판을 사용하는 기술의 발전이었습니다.
발명 초기 단계에서도 노출된 표면적과 배터리 재료의 기공성의 중요성이 명확해졌습니다. 재료의 표면적이 클수록배터리 용량도 커진다는 것이 이해되었다. 당시 배터리의 상업화는 신흥자동차 산업에서 독특한 응용을 찾았으며, 승용차뿐만 아니라 전차와 비행기 같은 군용 대형 엔진의 내연기관 시동도 가능하게 했습니다.
제조 기술이 발전함에 따라 화학 분석과 배터리 내부에서 일어나는 공정에 대한 이해도 발전했습니다. 가격 경쟁력뿐만 아니라 품질도 우수하고 장기간 전기 백업을 제공할 수 있는 일관된 제품을 만들기 위해서는 제조 공정을 항상 개선할 필요가 있습니다.
배터리 내에서 일어나는 화학 현상은 이중 황산염 이론이라 불리며, 다른 배터리 유형과 비교할 때 독특합니다. 이 경우 전해질 또는 산은 방전 및충전 과정 중 반응 메커니즘의 일부를 이룹니다.
그림 1: 납축전지의 충전 및 방전 반응 메커니즘 도식. 이 그림의 확대판을 보려면 여기를 클릭하세요.
여기서 전기를 전도할 수 있는 전극이나 판이 산과 반응하여 황산염 납을 형성하는데, 이는 절연체로 볼 수 있습니다(그림 1). 판에 있는 모든 재료가 방전 과정에 사용되는 것은 아닙니다. 전기화학 반응은 주로 산에 노출된 재료 표면에서 일어나며, 배터리가 충전되면 절연성 황산염 납 물질이 각각 음극과 양극이라 불리는 두 판에서 다시 전도성 이산화납과 납으로 변환됩니다. 표면적이 클수록 더 많은 방전 반응이 일어나고 더 많은 용량을 얻을 수 있습니다. 판은 비교적 얇도록 설계되며 보통 용도에 맞게 설계됩니다. 자동차 시동 시동처럼 짧은 시간 동안 고전력을 공급할 때는 산이 쉽게 이동하거나 판 중앙으로 확산될 수 있는 넓은 면적이 바람직하며, 반면 더 낮은 방전율과 장기간 더 많은 용량을 제공하는 배터리는 보통 두꺼운 판을 사용합니다. 이는 산이 쉽게 이동하거나 확산될 수 있는 재료와, 더 두껍고 단단한 지지대를 제공하여 플레이트가 더 오래 적용될 수 있도록 하는 것 사이의 절충점이 됩니다.
배터리 내부의 활성 물질 분석은 파괴성 때문에 항상 어려웠습니다. 배터리를 잘라내고 판을 분해해야 합니다; 이 장비는 배터리 상태나 상태에 대한 시간의 스냅샷만 제공할 수 있습니다. 이는 보통 과학자들이 배터리의 충전 상태(SoC)와 건강 상태(SoH)를 알고 싶어 하는 것과 관련이 있습니다. 배터리에서 분석가로서 편안하게 측정할 수 있는 가장 중요하고 아마도 유일한 화학 매개변수는 원소 및 상 조성을 포함한 화학 특성입니다. 이러한 기법들은 보통 원자 흡수 또는 X선 형광 기법뿐만 아니라 주사 전자현미경 및 분말 X선 회절과 같은 첨단 기법에 의존합니다. 또한 임피던스 분광법, 순환 전압계 등 전기화학 분석 기법도 적용할 수 있습니다.
반면, 물리화학적 특성에는 판의 강도, 사용 가능한 표면적, 활성 물질의 기공성이 포함됩니다. 표면적 분석은 일반적으로 질소 흡착 기법으로 수행되며, 본 연구에서는 납산 배터리에 사용되는 판의 다공성을 측정했습니다. 다공성은 산이 자유롭게 이동하고 활성 부위와 접촉하여 전기화학 반응이 일어날 수 있도록 활성 물질 내에 존재하는 자유 공간과 관련이 있습니다. 다공성이 너무 높으면 다양한 활성 물질 입자 간의 결합 경로가 제한되어 분리 가능성이 높아집니다. 다공성이 너무 낮으면 활성 부위에 도달할 수 있는 산이 줄어들어 가용 용량이 줄어듭니다.
전통적으로, 미세에서 중간 크기의 기공을 가진 고체 재료의 공극성은 수은 공공측정법으로 측정합니다. 이 과정에서 활성 물질을 기판에서 물리적으로 제거하여 기기의 샘플 홀더에 맞게 넣어야 했습니다. 이 방법은 여러 단점이 있는데, 즉 판 영역에서 대표적인 샘플만 채취된다는 점입니다; 시료는 그리드나 컬렉터에서 분리되어 재료에 추가적인 균열과 공동이 발생합니다; 많은 실험실이 독성 때문에 수은 사용을 중단했습니다. 이 기법의 장점은 일정 범위 내에서 재료의 기공 크기 분포를 추정할 수 있다는 점입니다.
이 연구는 아르키메데스 원리를 이용해 전체 판을 활용해 활성 물질의 총 공극도를 측정하는 기법을 제안합니다. 물질 밀도를 결정하는 맥락에서, 아르키메데스 원리는 유체에 잠긴 물체에 가해지는 부력이 그 물체에 의해 밀려난 유체의 무게와 같다고 말합니다. 이 원리는 물체의 공기 중량과 알려진 유체에 잠겼을 때의 무게를 측정하여 그 밀도를 계산할 수 있게 해줍니다. 이 부력은 이동한 유체의 부피를 계산하는 데 사용되며, 이는 물체의 부피와 같습니다.
이 기술은 특정 제조 또는 시험 조건을 거친 납산 배터리 플레이트의 공공도를 측정하기 위해 실험실에서 쉽게 설정할 수 있습니다. 이 기술은 여전히 배터리를 잘라서 판을 분리해야 하는 파괴적이지만, 판 전체의 기공도를 고려합니다. 따라서 이 방법은 판 전체의 평균 다공도를 측정하며, 보통 고려되지 않는 판의 특정 영역의 변동을 포착합니다. 이러한 차이는 일반적으로 비교적 큰 판을 다룰 때 발생하며, 제조 불일치와 산성 층화의 영향이 시간이 지남에 따라 특정 판 영역에 영향을 미칠 수 있습니다. 하지만 글리세롤 치위 방법의 한계는 투과성 기공을 기준으로 다공성을 측정한다는 점입니다. 즉, 글리세롤이 활성 질량의 기공에 완전히 침투하지 못하면 판의 다공성을 과소평가할 수 있습니다. 폐쇄된 기공이 존재할 때, 이 기술은 산이 활성 질량의 폐쇄된 기공 부위를 완전히 침투하지 못하기 때문에 간접적으로 작용합니다. 이러한 한계에도 불구하고, 이 방법은 안전하고 비용 효율적이며 배터리 판의 다공성 측정에 적합합니다.
본 연구에서는 비교적 작은 7.2 Ah 밸브 조절식 납축전(VRLA) 배터리의 음극과 양극판 모두의 공극성을 측정했습니다. 이 배터리들은 주로 가정용 경보 및 게이트 모터 제어 시스템에 사용됩니다. 배터리의 판 다공도와 화학 상 조성에 미치는 영향은 배터리가 노출될 수 있는 노화 메커니즘에 대해 연구되었습니다. 하나는 과도한 달력 노화나 유통기한이고, 다른 하나는 충분한 재충전 없이 반복적인 용량 사이클링입니다. 이러한 조건들은 이러한 배터리가 흔히 노출되는 조건입니다. 전기 도매업체의 선반에 몇 달, 때로는 몇 년 동안 부스트 요금을 받지 않고 남아 있는 제품들입니다. 더불어, 대기 전원 공급 시스템에 사용되는 배터리는 인버터 시스템의 재충전이 짧은 재충전 기간 동안 배터리를 완전히 충전할 만큼 충분한 에너지를 제공하지 못하는 반복적인 '부하 차단형' 용량 사이클링에 노출됩니다.
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프로토콜
참고: 프로토콜은 Ferg 등에서 이전에 설명한 것과 유사합니다. 연구에 사용된 장비와 시약은 재료표에 나열되어 있습니다. 전극의 공극 측정에 사용되는 장비의 이미지는 그림 2에 제시되어 있습니다.
그림 2: 글리세롤 변위 기반 전극 공극 측정에 사용되는 간단한 장비. 이 장치는 (1) 디지털 전자 저울, (2) 악어 클립이 달린 저울 부착물, (3) 견고한 프레임 구조, (4) 음극 배터리 플레이트, (5) 글리세롤이 담긴 용기, (6) 실험실용 잭으로 구성되어 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하세요.
1. 샘플 준비
- 공극성 측정을 위한 판 추출
- 플라스틱 절단 톱을 사용해 납축전지를 케이싱과 뚜껑 사이의 이음새를 천천히 자르며 조심스럽게 열어줍니다.
주의: 이 프로토콜에 사용되는 모든 재료에 대한 물질 안전 데이터 시트(MSDS)를 검토하십시오. 납축전지는 부식성 황산과 독성 납판을 포함하고 있습니다. 환기가 잘 되는 화학 연기 후드에서 천천히 절개하고, 산성 저항 장갑을 포함한 개인 보호 장비를 착용하여 부상을 예방하세요. 또한 중화제와 비상 시설을 근처에 두세요. - 납축전지를 조심스럽게 분해하세요.
- 각 배터리 셀을 분리하고 부품을 분리하여 양극과 음극판을 변형 없이 분리하세요.
- 플라스틱 절단 톱을 사용해 납축전지를 케이싱과 뚜껑 사이의 이음새를 천천히 자르며 조심스럽게 열어줍니다.
- 다공성 측정을 위한 판 준비
- 잔여 산을 제거하기 위해 접시를 물로 부드럽게 헹구세요.
참고: 글리세롤에 담갔을 때 반응할 수 있는 잔류 산이 플레이트에 남아 있지 않은지 확인하세요. - 납 산화를 방지하기 위해 질소와 같은 불활성 대기 아래에서 음극판을 오븐에서 건조하세요. 110 °C에서 6시간 또는 일정한 질량이 될 때까지 건조합니다.
- 양극 플레이트를 오븐에서 110 °C에서 24시간 건조하세요.
참고: 접시를 붙인 경우, 오븐에 말리기 전에 겉면을 제거해야 합니다. - 오븐에서 접시를 꺼내 건조기에서 식혀 수분 흡수를 막으세요.
- 플레이트의 러그를 잘라내고 플레이트가 건조한 후 정확한 질량 측정을 시작하세요.
- 잔여 산을 제거하기 위해 접시를 물로 부드럽게 헹구세요.
2. 공극성 측정
참고: 본 연구에서는 디지털 전자 저울(최대 용량: 500g; 정확도: 0.01g)이 사용되었습니다.
- 전자 저울을 견고한 프레임 구조 위에 올려놓고, 그 용기 위에 알려진 밀도의 글리세롤이 들어 있습니다.
참고: 글리세롤 밀도는 계산 후반부에 사용됩니다. - 건조판을 건조기에서 분리해 타르 처리한 전자 저울에 올려놓고, 건조판의 질량으로 기록하세요.
- 망원경(확장 가능한) 악어 클립을 리드 그리드 상단에 부착하세요.
- 플레이트를 완전히 글리세롤에 담가, 클립의 확장된 부분이 액체 위에 유지되도록 하여 플레이트를 글리세롤에서 쉽게 분리할 수 있도록 하세요. 플레이트에 갇힌 기포가 나오기 시작할 것입니다.
- 뚜껑을 용기에 덮고 마개를 넣으세요.
참고: 용기 뚜껑은 진공 적용이 가능하도록 설계되어야 합니다. - 장비를 저진공 공급원에 연결하고 약 100 mbar의 진공을 가해 용기 측면에 약간의 움푹 들어간 부분이 생길 때까지 적용한 후 진공청소기를 끕니다. 이는 글리세롤이 모든 모공에 침투하도록 하기 위함입니다.
- 플레이트를 최소 15분 이상 진공 상태로 두세요.
참고: 이 기간 후에도 납판에서 공기 방울이 눈에 띄게 나오고 있다면, 진공 시간을 조금 더 연장하세요. 글리세롤이 모든 기공에 완전히 침투하지 않으면 플레이트의 평균 다공도를 과소평가할 수 있습니다. - 저울 부착물을 타로 만든 저울에 올려놓고 질량을 기록하세요.
- 글리세롤에서 플레이트를 분리해서 밸런스 부착물에 있는 두 개의 악어 클립에 부착하세요. 플레이트가 수평인지 확인하고 필요하면 조정하세요.
- 블로우 부착물을 담은 플레이트를 저울 위에 올려놓고, 플레이트를 글리세롤 위에 8분간 매달아 표면에 남은 과잉 글리세롤을 제거하세요.
- 접시 바닥에 묻은 방울을 닦아내세요.
- 저울 부착물을 저울에 올려놓고 질량을 글리세롤 포화 판의 질량으로 기록하세요.
- 실험실용 잭을 사용해 글리세롤 용기를 천천히 들어 올려 플레이트 상단이 약간 잠길 때까지 유지합니다. 이 질량을 글리세롤 잠긴 판의 질량으로 기록하세요.
- 실험을 세 번 반복하세요.
참고: 모든 잔류물은 기관의 폐기물 관리 지침을 따라 유해 화학 폐기물로 처리하십시오.
3. 공공성 데이터 분석
참고: 판의 공극성 계산에 필요한 데이터는 Ferg 등에서 가져온 것입니다. 그리고 공식들의 상세한 유도는 보충 파일 1 7,8,9에 제공되어 있습니다.
- 전극의 공극 측정에 필요한 데이터
- 필요한 매개변수를 정의하세요. 퍼센트 공극도를 분석하는 데 필요한 매개변수는 다음과 같이 정의됩니다:
건조판 질량 (g) = A
글리세롤 포화 판의 질량 (g) = B (삼중 단위로 측정 예정)
글리세롤 잠수판 질량 (g) = C (삼중 단위로 측정 예정)
그리드 합금의 질량 (g)= D
그리드 합금 밀도 (g/cm3) = E (참고: 이는 사용된 납 합금 종류에 따라 결정됨)
글리세롤 밀도 (g/cm3) = F
활성 물질 질량 (g), G = (A - D)
활성 물질 절대 밀도 (g/cm3),
비공 부피(cm3/g),
벌크 밀도 (g/cm3),
% 공극성, K = IJ x 100
- 필요한 매개변수를 정의하세요. 퍼센트 공극도를 분석하는 데 필요한 매개변수는 다음과 같이 정의됩니다:
- 계산에 필요한 나머지 데이터 생성
- 전극의 활성 물질을 조심스럽게 제거하여 그리드의 질량을 결정하세요.
참고: 그림 6A, B는 해당 활성 물질과 함께 양극과 음극으로 형성된 납산 배터리 플레이트를 보여주며, 그림 6C와 D는 각각의 그리드를 보여줍니다.
- 전극의 활성 물질을 조심스럽게 제거하여 그리드의 질량을 결정하세요.
- 데이터 분석
- 스프레드시트를 열고 3.1단계에 나열된 각 매개변수와 해당 공식들을 적절한 열에 입력하세요.
- 건조판 A의 질량을 열에 입력합니다.
- 글리세롤 포화 판 B의 3중 질량을 컬럼에 입력합니다.
- 잠긴 판의 3중 질량 C를 열에 입력합니다.
- 그리드 합금 D의 질량을 열에 입력합니다.
- 격자 합금 E의 밀도를 열에 입력합니다. (사용된 납 합금의 종류에 따라 다릅니다.)
- 글리세롤 밀도 F를 컬럼에 입력합니다.
- 플레이트의 활성 물질 질량 G를 격자 합금 질량에서 건판 질량 A를 빼서 해당 값을 계산하여 기열에 입력합니다.
판의 활성 물질 질량 G = (A -D) (1) - 활성 물질 H의 절대 밀도를 결정하는 공식을 열에 입력하여 해당 값을 계산합니다.
- 특정 기공 부피 I를 결정하는 공식을 열에 입력하여 해당 값을 계산합니다.
- 활성 물질 J의 벌크 밀도를 결정하는 공식을 열에 입력하여 해당 값을 계산합니다.
활성 물질의 벌프 밀도,
- 판 위 활성 물질 질량 K의 % 공공성 계산 공식을 열에 입력하여 해당 값을 계산합니다.
% 공극성, K = IJ x 100 (5) - 스프레드시트의 적절한 함수를 사용해 플레이트의 평균 퍼센트 공포도와 표준편차를 산출하세요.
4. 분말 X선 회절을 이용한 미세구조 분석
참고: 동일한 조건에 노출된 동일한 배터리의 복제판에 분말 X선 회절 미세구조 분석이 수행되어, 얻어진 데이터가 비교 가능하고 구조적 간섭이 없도록 했습니다.
- 전극 표면의 X선 회절을 위한 시료 준비
- 건조된 플레이트 샘플을 샘플 홀더에 맞게 적절한 모양으로 조심스럽게 잘라내세요.
참고: 전극 표면을 변경하지 않도록 조심해야 합니다. - 샘플을 깨끗한 샘플 홀더로 옮기고, 플레이트 표면의 높이가 샘플 홀더의 상단 가장자리와 일치하도록 합니다.
- 건조된 플레이트 샘플을 샘플 홀더에 맞게 적절한 모양으로 조심스럽게 잘라내세요.
- 활성 물질 벌크의 X선 회절을 위한 샘플 준비
참고: 분말 샘플을 샘플 홀더에 쉽게 역적재할 수 있도록 말번 파날리티컬에서 얻은 샘플 준비 스테이션을 사용했습니다.- 플레이트의 활성 물질 건조된 샘플을 그리드에서 제거합니다.
- 모르타르와 공으로 활성 물질을 분쇄하여 입자 크기를 균일하게 줄이고, 표준 샘플 홀더를 채울 만큼 충분한 분말이 확보되도록 합니다.
- 샘플 홀더와 샘플 준비 테이블을 청소하세요.
- 2피스 분말 샘플 홀더의 상단판을 샘플 준비 테이블 위에 평평한 면을 아래로 향하게 놓고, 샘플 준비 테이블의 클램프 버튼을 눌렀다 해제하여 고정하세요.
- 주걱을 사용해 샘플 홀더의 상단판에 분말 샘플을 과하게 채웁니다.
- 샘플 준비 스테이션의 분말 프레스 블록으로 단단하고 고르게 눌러 샘플 홀더의 상단판에 분말을 부드럽게 압축하세요. 샘플 높이가 샘플 홀더의 상단 가장자리와 일치하는지 확인하세요.
- 샘플 홀더 가장자리를 먼지 붓으로 닦아 과도한 가루를 제거하세요.
- 2피스 분말 샘플 홀더 바닥을 앞면이 아래로 향하게 눌러 클릭 소리가 날 때까지 누르세요.
- 샘플 준비 테이블을 뒤집고 클램프 버튼을 눌러 샘플 홀더를 해제합니다. 분말 표면이 매끄럽고 샘플 홀더의 상단 가장자리와 일치하는지 확인하세요.
- XRD 데이터 수집
참고: 분말 X선 회절 패턴은 코발트(Co) 양극 X선 튜브가 장착된 벤치탑 회절계를 사용해 15분 스캔하여 5°-80°의 2시타 범위에서 기록되었습니다.- 샘플 홀더를 XRD 회절계에 장착하세요.
- 적절한 측정 프로그램을 선택하고 시료 세부 정보를 회절계에 입력하세요.
- 측정을 시작하세요.
- 데이터가 수집된 후에는 회절계의 데이터 관리 메뉴로 가서 결과를 원하는 폴더로 내보내세요.
- 리트펠트 정제화
참고: 회절 회절(DIFFRAC)입니다. EVA 버전 4.3과 DIFFRAC. TOPAS 버전 6은 각각 상 식별과 정량적 리트벨트 정제에 사용되었습니다.- 전용 상 식별 소프트웨어를 사용하여 샘플 내 사용 가능한 상을 식별하세요.
- DIFFRAC 열어. EVA 소프트웨어를 사용하고, 파일 가져오기 탭을 클릭하여 XRD 스캔 파일을 불러오는 것을 요청합니다 (. RAW 파일)을 소프트웨어에 입력하여 피크 식별을 위해 사용합니다.
- 데이터 명령 패널의 검색/매칭(스캔) 탭을 클릭하세요.
- 화학 필터 탭 옆에 있는 드롭다운 버튼을 클릭하세요. 주기율표에서 모든 원소를 우클릭으로 선택한 후, 다시 우클릭하여 선택한 원소를 '버림'으로 변경하세요.
- 샘플에 포함된 관심 요소들은 요소 기호를 클릭하여 체크를 해제하세요.
- 데이터베이스 필터 탭 옆의 드롭다운 버튼을 클릭하고 원하는 데이터베이스를 선택하세요.
- 매칭 탭을 클릭하여 회절 패턴을 참조 데이터베이스와 대조하여 상을 식별할 수 있습니다.
- 전용 정량 분석 소프트웨어를 사용하여 샘플 내 확인된 상을 정량화하세요.
- DIFFRAC 열어. TOPAS 소프트웨어를 통해 로드 스캔 파일을 클릭하여 원시 XRD 데이터를 소프트웨어로 불러와 정량적인 리트펠트 정제를 수행합니다.
- 원본 파일 이름 옆에 있는 드롭다운 버튼을 클릭하세요.
- 배출 프로필 탭을 우클릭하고 배출 프로필을 불러오세요.
- 배경 탭을 클릭하고 배경 매개변수를 세분화하세요.
- 계측기 탭을 클릭하여 계측기 구성에 따라 파라미터를 정제하세요.
- 보정 탭을 클릭하여 0 오차, 샘플 변위, 로렌츠 편광 계수를 정밀하게 조정하세요.
- TOPAS 소프트웨어의 CoD 데이터베이스에서 식별된 단계들의 구조 파일을 불러오려면 STR(s) 로드 탭을 클릭하세요.
- 결정 구조의 격자 매개변수와 원자 위치를 정제합니다.
- 정제를 시작하려면 실행 탭을 클릭하세요.
- 적합률과 가중 프로파일 R-팩터(Rwp)가 허용 기준 이하가 될 때까지 계속 정제합니다.
5. 수정 및 문제 해결
참고: 이 절은 납판의 다공도 측정의 정확성과 재현성에 영향을 미칠 수 있는 중요한 프로토콜 단계를 개괄하고, 프로토콜 중 발생할 수 있는 일반적인 문제를 해결하기 위한 지침을 제공합니다.
- 취약한 판
- 일반적인 배터리 조건에 노출된 판은 다루는 과정에서 부서질 수 있고 부서질 수 있습니다. 판재를 부드럽게 다루고 활성 물질에 압력을 가하지 않도록 하세요.
- 플레이트의 불완전한 건조
- 판이 완전히 건조되지 않으면 잔여 수분이 건조판 질량에 부정확성을 일으켜 이후 모든 계산에 영향을 미칠 수 있습니다. 판이 완전히 건조된 후 다공성 측정을 시작하고, 일정한 질량이 달성되었는지 확인하세요.
- 잔류 산성 판
- 플레이트 내 잔류 산이 글리세롤에 잠기면 반응할 수 있습니다. 플레이트를 부드럽지만 철저하게 물로 헹구어 남아 있는 산을 제거하여 완전히 제거하세요.
- 불완전한 기공 침투
- 글리세롤이 모든 기공에 완전히 침투하지 못하면, 계산된 기공 부피가 실제 값보다 낮아져 플레이트의 평균 다공성에 영향을 미칩니다. 진공 보조 침투 후 15분간 공기 방울이 존재한다는 것은 아직 채워지지 않은 기공이 있음을 나타냅니다; 거품이 사라질 때까지 계속 진공청소기를 돌리세요. 대부분의 판 크기에 15분이 적절하지만, 판 크기에 따라 침투 시간을 최적화하세요.
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결과
상업적으로 구매한 12 V, 7.2 Ah VRLA 납축 배터리 3개에 대해 C10 속도로 10.5 V 낮은 전압 한계로 용량 시험이 실시되었습니다. 모든 용량 시험은 25°C에서 수행되었습니다. 수령 후 배터리는 14.8V로 10시간 동안 충전되었으며, 최대 전류는 2.9A였습니다. 이어 24시간 동안 14.8V 표준 충전 단계에서 최대 2.9A 용량으로 C10 용량 테스트를 두 차례 실시했습니다. 초기 C10 용량의 결과는 표 1에 요약되어 있습니다.
| 샘플 이름 | 첫 번째 용량 (아) |
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토론
용량 테스트 결과, 배터리 1은 정격 용량의 92%(6.62 Ah), 배터리 2는 50%(3.58 Ah)를 공급했으며, 반복 충전 후에도 부분적인 3.32 Ah만 회복했으며, 배터리 3은 정격 용량의 91%(6.57 Ah)를 제공했습니다(표 1).
용량 사이클링 중 판에서 발생하는 화학 반응으로 인해 PAM 기공 내H-2SO-4 농도의 변동이 판11에서 형성된 PbO₂의 구조와 형태에 영향을 미칩니다. PbO₂는 직방형 α-PbO₂ 또는 우세한 사방 β-PbO₂ 상으로 존재할 수 있습니다. PAM의 상 조성 데이터(표 3)는 일부 황산납과 α상에 비해 β상 PbO₂ 비율이 더 높음을 보여줍니다. 이는 산성 매질에서 β-PbO₂가 α-PbO₂보다 더 높은 안정성을 가지기 때문이며,...
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공개 사항
저자들은 이 논문에서 제시된 연구가 이해관계 상반이 없음을 선언합니다
감사의 글
저자들은 uYilo와 넬슨 만델라 대학교(NMU) 박사후 과정에 대한 자금 지원에 감사를 표합니다
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 에어리스 벤치탑 분말 X선 회절계 | 말번 파날리티컬 B.V., 알멜로, 네덜란드 | 미세구조 분석에 관해서는; | |
| 악어 클립을 이용한 밸런스 부착 | 포화 판과 잠긴 판의 무게를 측정하기 위함 | ||
| 배터리 셀(12 V, 7.2 Ah)와 nbsp; | 해당 없음 | 해당 없음 | Any |
| 회절 실험. EVA V 4.3 | 브루커 AXS GmbH, 독일 카를스루에 | 버전 4.3 | 상 식별 소프트웨어 |
| 회절 실험. TOPAS V6 | 브루커 AXS GmbH, 독일 카를스루에 | 버전 6 | 상 정량화 소프트웨어 |
| 디지털 전자 저울 | 딕슨 사이언스, 중국 | EG5001-A | 최대 용량 500g, 정확도 0.01g의 디지털 전자 밸런스 |
| 실험실 중앙 진공 라인 | 글리세롤이 플레이트에 침투하도록 용기에 진공을 적용하는 것. | ||
| 실험실 잭 | 칼-쿠르트 유히하임 노동자; te, GmbH, 독일 | 2290 | 글리세롤 용기를 접시 윗부분이 잠길 때까지 들어 올리는 거야 |
| 분말 샘플 홀더 | 말번 파날리티컬 B.V., 알멜로, 네덜란드 | XRD 분석을 위한 분말 샘플 보관을 위해 | |
| 샘플 준비 스테이션 | 말번 파날리티컬 B.V., 알멜로, 네덜란드 | 9,43,00,17,70,101 | XRD 분석을 위해 분말을 샘플 홀더에 쉽게 역적할 수 있도록 하기 |
| 견고한 프레임 구조 | Any | ||
| 뚜껑이 있는 적합한 용기 | Any | ||
| 망원경 악어 클립 | 글리세롤에 플레이트를 담그는 용도 | ||
| 진공 압력 게이지 | WIKA 알렉산더 위건드 SE & KG 중대, 클링겐베르크, 독일 | 모델: 611.10 | 가해진 진공의 압력을 측정하기 위해 |
참고문헌
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