Niewodne przetwarzanie elektrod jest kluczowe dla budowy ogniw pastylkowych i oceny nowych chemii elektrod dla akumulatorów litowo-jonowych. Dostępny jest przewodnik krok po kroku po podstawowych praktykach potrzebnych inżynierowi elektrochemikowi pracującemu z bateriami w akademickich warunkach eksperymentalnych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Niewodne przetwarzanie elektrod i budowa litowo-jonowych ogniw pastylkowych
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Badania nad nowymi i ulepszonymi materiałami do wykorzystania w akumulatorach litowo-jonowych (LIB) wymagają eksperymentalnego odpowiednika każdej analizy obliczeniowej. Testowanie akumulatorów litowo-jonowych w środowisku akademickim przybrało kilka form, ale na najbardziej podstawowym poziomie znajduje się konstrukcja ogniw pastylkowych. W tradycyjnym przygotowaniu elektrody LIB wielofazowa zawiesina składająca się z materiału aktywnego, spoiwa i dodatku przewodzącego jest wylewana na podłoże. Tarcza elektrody może być następnie wykrawana z wysuszonego arkusza i wykorzystywana do budowy ogniwa pastylkowego do oceny elektrochemicznej. Wykorzystanie potencjału materiału aktywnego w akumulatorze jest krytycznie zależne od mikrostruktury elektrody, ponieważ odpowiednie rozmieszczenie podstawowych składników ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia optymalnej przewodności elektrycznej, porowatości i krętości, tak aby zoptymalizować interakcję elektrochemiczną i transportową. Etapy przetwarzania, począwszy od połączenia suchego proszku, mieszania na mokro i suszenia, mogą mieć krytyczny wpływ na wielofazowe interakcje, które wpływają na tworzenie mikrostruktury. Sondowanie elektrochemiczne wymaga budowy elektrod i ogniw pastylkowych z najwyższą starannością i precyzją. Niniejszy artykuł ma na celu przedstawienie przewodnika krok po kroku dotyczącego przetwarzania elektrod niewodnych i budowy ogniw pastylkowych do akumulatorów litowo-jonowych w środowisku akademickim i z naciskiem na rozszyfrowanie wpływu suszenia i kalandrowania.
Wprowadzenie
Baterie litowo-jonowe stanowią obiecujące źródło spełniające coraz większe wymagania urządzeń do magazynowania energii1-4. Poprawa zdolności LIB nie tylko poprawiłaby efektywny zasięg pojazdów elektrycznych5,6, ale także poprawiłaby ich cykl życia poprzez zmniejszenie głębokości rozładowania, co z kolei zwiększyłoby rentowność LIB do stosowania w zastosowaniach związanych z magazynowaniem energiiw sieci 7.
Pierwotnie używane do aparatów słuchowych w latach siedemdziesiątych8, dziś są powszechnie używane do rozwoju i oceny nowych i istniejących materiałów elektrodowych. Jako jedne z najmniejszych f....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Należy zachować ostrożność podczas korzystania z rozpuszczalników, odczynników lub proszków stosowanych w tym protokole. Należy zapoznać się ze wszystkimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznych (MSDS) i podjąć odpowiednie środki bezpieczeństwa. Standardowe wyposażenie ochronne obejmuje rękawiczki, okulary ochronne oraz fartuch laboratoryjny.
1. Przygotowanie katody
Uwaga: Schematyczny przegląd procesu wytwarzania katody przedstawiono na Rysunku 1.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Prawidłowo odlana folia elektrodowa powinna mieć jednorodną powierzchnię i dobrze przylegać do kolektora prądu. Zazwyczaj łuszczenie się folii elektrodowej jest spowodowane albo niewłaściwym trawieniem podłoża, albo zbyt małą ilością NMP w początkowej fazie mieszania. Z kolei nadmiar NMP może spowodować zwiększenie porowatości folii, co jest niepożądane. Po trzecie, na powierzchni elektrody można zaobserwować inny wzór, w którym dochodzi do tworzenia się skupisk materiału. Najbardziej pra.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Optymalizacja etapów mieszania na mokro ma kluczowe znaczenie dla lepkości zawiesiny i zdolności powlekania, co wpływa na jednorodność i przyczepność elektrody. W tym przypadku stosuje się metodę mieszania z wysokim ścinaniem, w której rozpuszczalnik, dodatek, spoiwo i materiał aktywny są mieszane ze sobą, wykorzystując ruchy kinetyczne szklanych kulek znajdujących się w fiolkach. Ta technika mieszania oferuje korzyści w postaci znacznie krótszych czasów mieszania w porównaniu z metodą mieszadła magnetycznego. Poza tym t.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Ta praca jest wspierana finansowo przez grant na inicjację badań wydziału Texas A&M University (Mukherjee) oraz fundusze na rozpoczęcie działalności przez Texas State University (Rhodes).
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| LiNiMNCoO2 (NMC, 1:1:1) | Targray | PLB-H1 | |
| CNERGY Super C-65 | Timcal | ||
| Polifluorek winylidenu (PVDF) | Kynar | Flex 2801 | |
| 1-metylo-2-pirolidynon bezwodny, 99.5% NMP | Sigma-Aldrich | 328634 | |
| 1.0 M LiPF6 w EC/DEC (1:1 przez vol) | BASF | ||
| Celgard 2500 Separator | MTI | EQ-bsf-0025-60C | 25 μ m gruby; Polipropylenowa |
| folia aluminiowa | MTI | EQ-bcaf-15u-280 | |
| Taśma litowa | Sigma Aldrich | 320080 | Grubość 0,75 mm |
| 2-Propanol, odczynnik ACS, ≥ 99,5% | Sigma Aldrich | 190764 | |
| Aceton, odczynnik ACS, ≥ 99,5% | Sigma Aldrich | ||
| Pred Materiały | obudowy, nasadki i uszczelki PP | ||
| Przekładka ze stali nierdzewnej | Materiały | o średnicy 15,5 mm x 0,5 mm mm grubości | |
| Sprężyna falista ze stali nierdzewnej | Materiały | średnicy 15 mm x 1,4 mm wysokości | |
| Waga analityczna | Ohaus | Adventurer AX | |
| Agat Moździerz i tłuczek | VWR | 89037-492 | |
| Napęd rurowy | o | 3645000 | |
| 20 ml Rurka mieszająca | IKA | 3703000 | |
| Szklane kulki | McMaster-Carr | 8996K25 | |
| folii o średnicy 6 mmElcometer | K4340M10-Doctor | ||
| Blade | Elcometer | K0003580M005 | |
| Zestaw matryc | Mayhew | 66000 | |
| Piec próżniowy | MTI | ||
| Pompa próżniowa | MTI | ||
| YLJ-12 | |||
| Zaciskarka hydrauliczna | MTI | MSK-110 | |
| Schowek podręczny | MBraun | LABstar | |
| Battery Cycler | Arbin Instruments | BT2000 | |
| Potencjostat/Galwanostat/EIS | Biologic | VMP3 |
Bibliografia
- Wagner, R., Preschitschek, N., Passerini, S., Leker, J., Winter, M. Current research trends and prospects among the various materials and designs used in lithium-based batteries. J Appl Electrochem. 43, 481-496 (2013).
- Whittingham, M. S. Lithium batteries and cathode....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
