Name: Budowa i testowanie ogniw pastylkowych akumulatorów litowo-jonowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-08-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 23 s
Description: Poznaj metodę budowy i testowania pastylkowych ogniw litowo-jonowych w skrzynce z rękawicami. Protokół obejmuje przygotowanie elektrod, montaż i badania elektrochemiczne pojemności ładowania.

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

playerTrialDesktop

Z wdzięcznością potwierdzamy wsparcie z programu Ceramiki w Dywizji Badań nad Materiałami Narodowej Fundacji Nauk USA (U.S. National Science Foundation), w ramach grantu nr DMR-1006515 (kierownik programu, dr Lynnette D. Madsen).

1. Przygotowanie elektrody roboczej
<ol>
 <li>Przygotować mieszaninę spoiwa polifluorku winylidenu (PVDF) o stężeniu ~6% wag. w N-metylo-2-pirolidonie (NMP).</li>
 <li>Odważyć 80% wag. materiału aktywnego (w tym przypadku LiCoO2) oraz 10% wag. sadzy węglowej (acetylenowej, 99,9+%) i wymieszać je w wstrząsarze wirówkowym przez 1 min.</li>
 <li>Dodać mieszaninę NMP-spoiwo w ilości takiej, aby spoiwo stanowiło 10% wag. całkowitej masy mieszaniny.</li>
 <li>Przenieść powyższą mieszaninę do małej szklanej fiolki i mieszać w wstrząsarze wirówkowym przy maksymalnej prędkości obrotowej przez około 30 min. W celu lepszego wymieszania można zastosować dwie kulki cyrkonowe o średnicy 5 mm jako media mielące. W razie potrzeby dodać więcej NMP, aby uzyskać zawiesinę o wymaganej konsystencji.</li>
 <li>Rozłożyć folię metalową kolektora prądu (zazwyczaj aluminium dla katody i miedź dla anody) na płycie szklanej. Użyć acetonu i upewnić się, że między folią a płytą szklaną nie ma pęcherzyków powietrza. Użyć dwóch warstw taśmy maskującej, aby stworzyć ścieżkę i wyznaczyć obszar do powlekania.</li>
 <li>Nanieść zawiesinę na folię metalową za pomocą szpachelki ze stali nierdzewnej i rozprowadzić ją równomiernie w obrębie ścieżki za pomocą żyletki.</li>
 <li>Suszyć powłokę na powietrzu lub w próżni w temperaturze ~90-120 °C przez około 2-8 godzin (czas ten należy dostosować w zależności od zastosowanego materiału i spoiwa).</li>
 <li>Umieścić powleczoną folię metalową pomiędzy dwiema stalowymi płytami (i dwiema papierami do ważenia w celu ochrony powłoki) i sprasować pod obciążeniem ~3000 lb za pomocą prasy hydraulicznej.</li>
 <li>Wyciąć z wysuszonej powleczonej folii metalowej dyski o średnicy 8 mm (najlepiej wewnątrz gloveboxa). Zważyć katody i zawinąć je przed przeniesieniem do gloveboxa.</li>
 <li>Wyciąć z niepowleczonej folii metalowej z tego samego materiału dyski o średnicy 8 mm i zważyć te dyski.</li>
</ol>
2. Przygotowanie elektrolitu
<ol>
 <li>Ponieważ elektrolit jest światłoczuły, należy przechowywać elektrolit (w tym przypadku 1M LiPF6 w EC:DMC:DEC) w butelce Nalgene owiniętej folią aluminiową.</li>
</ol>
3. Przygotowanie elektrody przeciwnej (w tym przypadku folii litowej)
<ol>
 <li>Oczyścić powierzchnię folii litowej za pomocą nylonowej szczoteczki lub skalpela ze stali nierdzewnej, aż pojawi się błyszcząca, srebrzysta powierzchnia (w komorze z argonem).</li>
 <li>Wykrawać z folii litowej dyski o średnicy ½ inch (w komorze z argonem).</li>
</ol>
4. Montaż ogniwa guzikowego
<ol>
 <li>Rysunek 2 przedstawia schemat montażu ogniwa guzikowego.</li>
 <li>Wykrawaj z membran Celgard C480 dyski o średnicy 19 mm i stosuj je jako separatory.</li>
 <li>Przenieś obudowy ogniw guzikowych (CR2032), sprężyny i dystanse (zakupione w MTI Corp.), separatory oraz elektrody robocze do komory glove box (po pięciokrotnym przepłukaniu wymiennika argonem).</li>
 <li>Zmontuj ogniwa guzikowe w komorze glove box.</li>
 <li>Nanieś dwie krople elektrolitu do kubka ogniwa i umieść na nim elektrodę roboczą. Dodaj kolejne trzy krople elektrolitu, a następnie połóż dwa separatory z dwiema kroplami elektrolitu pomiędzy nimi. Dodaj jeszcze dwie krople elektrolitu przed umieszczeniem na nich litowej elektrody przeciwnej. Na dysku litowym umieść dwa dystanse ze stali nierdzewnej oraz sprężynę.</li>
 <li>Zamknij ogniwo za pomocą pokrywki i zacisnąć 3-4 razy, używając kompaktowej zaciskarki (zakupionej w MTI Corp.).</li>
 <li>Po zmontowaniu ogniw, gotowe elementy przenoś plastikową pęsetą (aby uniknąć zwarcia).</li>
 <li>Nadmiar elektrolitu wyciekającego z boków ogniwa usuń za pomocą papierowego ręcznika.</li>
 <li>Ogniwo jest gotowe do testów i może zostać wyjęte z komory glove box.</li>
</ol>
5. Testowanie ogniw guzikowych
<ol>
 <li>Po przygotowaniu ogniwa guzikowego należy pozostawić je podłączone do testera baterii w trybie napięcia obwodu otwartego (OCV) przez jedną godzinę.</li>
 <li>Należy zdefiniować okno napięcia dla testowania ogniwa na podstawie materiału aktywnego zastosowanego w elektrodzie roboczej.</li>
 <li>Należy obliczyć pojemność teoretyczną ogniwa, korzystając z poniższych obliczeń.</li>
</ol>
Masa tarczy elektrody z kolektorem prądu =WEO
Masa niepowlekanej tarczy kolektora prądu o tej samej średnicy =WCC
Masa materiału elektrody, WEM, jest określona wzorem 
<img alt="Równanie zależności pracy i energii, \(W_{EM} = W_{ED} - W_{CC}\), koncepcja fizyczna." src="/files/ftp_upload/4104/4104eq1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 1">
Masa materiału aktywnego w elektrodzie, WAM, jest określona wzorem 
<img alt="Równanie ilustrujące wzór konwersji masy \( W_{AM}=W_{EM}\times0.8 \)." src="/files/ftp_upload/4104/4104eq2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 2">
Teoretyczna pojemność tarczy elektrody, CED, jest określona wzorem 
<img alt="Równanie chemiczne \( C_{ED} = W_{AM} \times C \), symbolizujące obliczenie stężenia." src="/files/ftp_upload/4104/4104eq3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 3">
gdzie C to teoretyczna pojemność właściwa materiału aktywnego.
<ol start="4">
 <li>Poddać ogniwo guzikowe cyklom ładowania i rozładowywania z wymaganą wartością C-rate.</li>
</ol>
6. Reprezentatywne wyniki
Jako przykład, ogniwo guzikowe zostało skonstruowane z użyciem LiCoO2 jako materiału aktywnego dla elektrody roboczej. Po konstrukcji ogniwo zostało przetestowane przy szybkości C/5. Uzyskany profil przedstawiono na Rysunku 3. Okno napięciowe dla tego ogniwa guzikowego ustawiono w zakresie od 3 do 4,3 V. Pojemność wyniosła 155 mAh/g dla pierwszego cyklu ładowania i 140 mAh/g dla pierwszego cyklu rozładowania.
<img alt="Schemat procesu montażu ogniwa guzikowego z etapami przygotowania elektrod, elektrolitu, separatora oraz metodą zaciskania." src="/files/ftp_upload/4104/4104fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1. Schemat blokowy procedury konstrukcji ogniwa guzikowego. Najpierw z proszku materiału aktywnego przygotowuje się elektrodę roboczą. Następnie z czystej folii litowej przygotowuje się przeciwelektrodę i wycina separatory. Na koniec ogniwo jest montowane wewnątrz komory rękawicowej wypełnionej argonem.
<img alt="Schemat budowy ogniwa baterii; komponenty obejmują uszczelkę, anodę, katodę, separatory, elektrolit." src="/files/ftp_upload/4104/4104fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2. Schemat procesu montażu ogniwa guzikowego przedstawiający wszystkie komponenty w kolejności, w jakiej są one umieszczane w obudowie ogniwa.
<img alt="Wykres ładowania i rozładowania baterii, Napięcie w funkcji Pojemności właściwej (mAhg⁻¹), analiza elektrochemiczna." src="/files/ftp_upload/4104/4104fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3. Reprezentatywne wyniki uzyskane z ogniwa guzikowego skonstruowanego przy użyciu elektrody roboczej wykonanej z LiCoO2 oraz przeciwelektrody z folii litowej. Wykres przedstawia krzywe pierwszego ładowania i pierwszego rozładowania ogniwa guzikowego, które było ładowane i rozładowywane z prądem C/5.
<img alt="Porównanie jakości powłok: dobra, spękana (nadmiar NMP), porowata (niewystarczająca ilość NMP) w zawiesinie." src="/files/ftp_upload/4104/4104fig4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4. Porównanie prawidłowych i wadliwych powłok po wysuszeniu. Spękana powłoka zazwyczaj wynika z zastosowania zawiesiny z nadmiarem NMP, natomiast powłoka porowata zazwyczaj wynika z zastosowania zawiesiny z niewystarczającą ilością NMP.
<img alt="Jakość zaciskania w montażu baterii, ocena zacisku, ogniwa niezacisnięte, źle zacisnięte i dobrze zacisnięte." src="/files/ftp_upload/4104/4104fig5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5. Porównanie dobrze zacisniętego ogniwa guzikowego i źle zacisniętego ogniwa guzikowego, wraz z ogniwem niezacisniętym. Zazwyczaj źle zacisnięte ogniwo guzikowe rozszczelnia się po kilku godzinach w temperaturze otoczenia na skutek pęcznienia folii litowej po reakcji z wilgocią.

<ol><li>Cairns, E. J., Albertus, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Batteries+for+Electric+and+Hybrid-Electric+Vehicles%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Chemical+and+Biomolecular+Engineering%22%5BJournal%5D)">Batteries for Electric and Hybrid-Electric Vehicles.</a> Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering. 1, 299-320 (2010).</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>Goodenough, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cathode+materials%3A+A+personal+perspective%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Cathode materials: A personal perspective.</a> J. Power Sources. 174, 996-1000 (2007).</li>
<li>Yamada, A., Chung, S. C., Hinokuma, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+LiFePO4+for+lithium+battery+cathodes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">Optimized LiFePO4 for lithium battery cathodes.</a> Journal of the Electrochemical Society. 148, A224-A229 (2001).</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+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Lithium batteries and cathode materials.</a> Chemical Reviews. 104, 4271-4301 (2004).</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>Goodenough, J. B., Kim, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Challenges+for+Rechargeable+Li+Batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Materials%22%5BJournal%5D)">Challenges for Rechargeable Li Batteries.</a> Chemical Materials. 22, 587-603 (2010).</li>
<li>Ceder, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+cathode+materials+for+lithium+batteries+guided+by+first-principles+calculations%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Identification of cathode materials for lithium batteries guided by first-principles calculations.</a> Nature. 392, 694-696 (1998).</li>
<li>Chung, S. Y., Bloking, J. T., Chiang, Y. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronically+conductive+phospho-olivines+as+lithium+storage+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Electronically conductive phospho-olivines as lithium storage electrodes.</a> Nature Materials. 1, 123-128 (2002).</li>
<li>Bruce, P. G., Scrosati, B., Tarascon, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomaterials+for+rechargeable+lithium+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie-International+Edition%22%5BJournal%5D)">Nanomaterials for rechargeable lithium batteries.</a> Angewandte Chemie-International Edition. 47, 2930-2946 (2008).</li>
<li>Arico, A. S., Bruce, P., Scrosati, B., Tarascon, J. M., Van Schalkwijk, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanostructured+materials+for+advanced+energy+conversion+and+storage+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Nanostructured materials for advanced energy conversion and storage devices.</a> Nature Materials. 4, 366-377 (2005).</li>
<li>Hochbaum, A. I., Yang, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semiconductor+Nanowires+for+Energy+Conversion%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Semiconductor Nanowires for Energy Conversion.</a> Chemical Reviews. 110, 527-546 (2010).</li>
<li>Wang, Y., Cao, G. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Developments+in+nanostructured+cathode+materials+for+high-performance+lithium-ion+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Developments in nanostructured cathode materials for high-performance lithium-ion batteries.</a> Advanced Materials. 20, 2251-2269 (2008).</li>
<li>Kang, B., Ceder, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Battery+materials+for+ultrafast+charging+and+discharging%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Battery materials for ultrafast charging and discharging.</a> Nature. 458, 190-193 (2009).</li>
<li>Liu, J., Manthiram, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+Electrochemical+Performance+of+the+5+V+Spinel+Cathode+LiMn1.5Ni0.42Zn0.08O4+by+Surface+Modification%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">Improved Electrochemical Performance of the 5 V Spinel Cathode LiMn1.5Ni0.42Zn0.08O4 by Surface Modification.</a> Journal of the Electrochemical Society. 156, A66-A72 (2009).</li>
<li>Kayyar, A., Qian, H. J., Luo, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+adsorption+and+disordering+in+LiFePO4+based+battery+cathodes%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Surface adsorption and disordering in LiFePO4 based battery cathodes.</a> Applied Physics Letters. 95, (2009).</li>
<li>Sun, K., Dillon, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+mechanism+for+the+improved+rate+capability+of+cathodes+by+lithium+phosphate+surficial+films%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochemistry+Communications%22%5BJournal%5D)">A mechanism for the improved rate capability of cathodes by lithium phosphate surficial films.</a> Electrochemistry Communications. 13, 200-202 (2011).</li>
<li>Kovalenko, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Major+Constituent+of+Brown+Algae+for+Use+in+High-Capacity+Li-Ion+Batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A Major Constituent of Brown Algae for Use in High-Capacity Li-Ion Batteries.</a> Science. 333, 75-79 (2011).</li>
</ol>

Nie zadeklarowano konfliktów interesów.

W naszym doświadczeniu najistotniejszym krokiem w przygotowaniu elektrody roboczej jest sporządzenie jednorodnych zawiesin o stałej konsystencji. Jak pokazano na Rysunku 4, nadmiar NMP w zawiesinie może prowadzić do pękania powłoki, natomiast niedostateczna ilość NMP może spowodować powstanie powłoki porowatej. W przedstawionej tutaj pracy zastosowano obudowy ogniw guzikowych CR2032 o średnicy 20 mm. Należy zauważyć, że można stosować obudowy ogniw guzikowych o różnych rozmiarach, przy czym rozmiary elek...

<table><tbody><tr><td>Poly(fluorek winylidenu)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>182702</td><td></td></tr><tr><td>1-Metylo-2-pirolidynon, 99.5%</td><td>Alfa Aesar</td><td>31903</td><td></td></tr><tr><td>LiCoO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Alfa Aesar</td><td>42090</td><td></td></tr><tr><td>Sadza węglowa, acetylenowa, 99.9+%</td><td>Alfa Aesar</td><td>39724</td><td></td></tr><tr><td>LiPF&lt;sub&gt;6&lt;/sub&gt; w EC:DMC:DEC</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-Be-LiPF6</td><td></td></tr><tr><td>Separator Celgard</td><td>Celgard</td><td>C480</td><td></td></tr><tr><td>Mieszadło wirowe Analog Vortex</td><td>VWR</td><td>58816-121</td><td></td></tr><tr><td>Suszarka próżniowa</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pompa próżniowa</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Prasa hydrauliczna</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Obudowa ogniwa guzikowego</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-CR2032-CASE-304</td><td></td></tr><tr><td>Sprężyna i podkładka</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-CR20SprSpa-304</td><td></td></tr><tr><td>Pudło rękawicowe (glovebox)</td><td>mBraun</td><td>UNILAB</td><td></td></tr><tr><td>Tester baterii</td><td>Arbin Instruments</td><td>BT2143</td><td></td></tr></tbody></table>

konstrukcja i testowanie ogniw guzikowych baterii litowo-jonowych

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

Akumulatory litowo-jonowe znajdują szerokie zastosowanie w elektronice, gdzie konsumenci stale oczekują większej pojemności i dłuższej żywotności. Akumulatory litowo-jonowe są również rozważane do zastosowań w pojazdach elektrycznych i hybrydowych1, a nawet w systemach stabilizacji sieci elektrycznej2. Wszystkie te zastosowania stymulują gwałtowny wzrost badań i rozwoju materiałów akumulatorowych3-7, w tym nowych materiałów3,8, domieszkowania9, nanostrukturyzacji10-13, powłok lub modyfikacji powierzchni14-17 oraz nowatorskich lepiszczy18. W konsekwencji coraz większa liczba fizyków, chemików i naukowców zajmujących się materiałami zaczęła w ostatnim czasie zgłębiać tę dziedzinę. Ogniwa guzikowe są powszechnie stosowane w laboratoriach badawczych do testowania nowych materiałów akumulatorowych; nawet w przypadku badań i rozwoju ukierunkowanych na zastosowania wielkoskalowe i wysokomocowe, małe ogniwa guzikowe są często wykorzystywane na etapie wstępnym do badania pojemności i charakterystyk prądowych nowych materiałów.
W 2010 roku rozpoczęliśmy projekt badawczy sponsorowany przez National Science Foundation (NSF), mający na celu zbadanie adsorpcji powierzchniowej i nieuporządkowania w materiałach bateryjnych (grant nr DMR-1006515). Na początkowym etapie projektu mieliśmy trudności z opanowaniem technik montażu i testowania ogniw guzikowych, co nie byłoby możliwe bez licznej pomocy innych badaczy z innych uniwersytetów (poprzez częste rozmowy telefoniczne, wymianę wiadomości e-mail oraz dwie wizyty w ośrodkach). W związku z tym uznaliśmy, że warto udokumentować w formie tekstu i wideo protokół montażu i testowania ogniwa guzikowego, co pomoże innym nowym badaczom w tej dziedzinie. Działanie to stanowi część aktywności w ramach „Szerokiego Wpływu” (Broader Impact) naszego projektu NSF i będzie służyć również edukacji oraz inspirowaniu studentów.
W niniejszym artykule wideo dokumentujemy protokół montażu ogniwa guzikowego CR2032 z elektrodą roboczą LiCoO2, przeciwelektrodą z Li oraz (najczęściej stosowanym) lepiszczem z polifluorku winylidenu (PVDF). Aby umożliwić nowym użytkownikom łatwe powtórzenie protokołu, utrzymaliśmy go w formie możliwie najbardziej szczegółowej i jednoznacznej. Należy jednak zauważyć, że w specyficznych pracach badawczo-rozwojowych wiele przyjętych tutaj parametrów może ulec zmianie. Po pierwsze, można konstruować ogniwa guzikowe o różnych rozmiarach oraz testować elektrodę roboczą względem przeciwelektrody innej niż Li. Po drugie, ilości dodawanego do elektrod roboczych czerni węglowej (C black) i lepiszcza są często modyfikowane w zależności od celu badań; na przykład do elektrody roboczej dodawano duże ilości czerni węglowej lub nawet proszku obojętnego, aby przetestować „wewnętrzną” wydajność materiałów katodowych14. Po trzecie, opracowano i zastosowano również lepsze lepiszcza (inne niż PVDF)18. Wreszcie, można stosować inne rodzaje elektrolitów (zamiast LiPF6); w rzeczywistości niektóre materiały elektrodowe o wysokim napięciu wymagają zastosowania specjalnych elektrolitów7.

Opisano protokół konstrukcji i testowania ogniw guzikowych baterii litowo-jonowych. Przedstawiono szczegółowe procedury wykonania elektrody roboczej, przygotowania elektrody przeciwnej, montażu ogniwa wewnątrz komory rękawicowej oraz testowania ogniwa.

Konstrukcja i testowanie ogniw guzikowych baterii litowo-jonowych

Akumulatory litowo-jonowe znajdują szerokie zastosowanie w elektronice, w której konsumenci nieustannie oczekują większej pojemności i dłuższej żywotności. Akumulatory litowo-jonowe...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest przygotowanie i przetestowanie półogniw guzikowych do badań laboratoryjnych. W pierwszej kolejności należy przygotować elektrodę roboczą, elektrodę przeciwsobną oraz pozostałe komponenty ogniwa. Następnie należy starannie zmontować ogniwo guzikowe w komorze rękawicowej i zamknąć je poprzez zaciskanie.Na koniec przeprowadź testy elektrochemiczne ogniwa guzikowego, aby określić jego kluczowe właściwości, takie jak pojemności ładowania i rozładowania, charakterystyki szybkości oraz inne istotne informacje o ogniwie. Zazwyczaj konstrukcja ogniwa jest wymagająca, ponieważ jego wydajność jest bardzo wrażliwa na procedurę montażu. Najpierw przygotuj mieszaninę spoiwa w NMP, stosując około sześciu 8%PVDF binder w NMP.Następnie wymieszaj materiał aktywny i sadzę za pomocą wstrząsarki typu vortex przez jedną minutę. Po dodaniu mieszaniny lepiszcza NMP przenieś składniki do małej szklanej fiolki. Wstrząsaj próbkę w wstrząsarce vortex z maksymalną prędkością obrotową przez około 30 minut.W razie potrzeby dodać dwie kulki z cyrkonu o średnicy 5 mm w celu lepszego wymieszania. Kontynuować dodawanie NMP w miarę potrzeb, aż do uzyskania zawiesiny o wymaganej

construction-and-testing-of-coin-cells-of-lithium-ion-batteries

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Budowa i testowanie ogniw monet litowo-jonowych

Baterie litowo-jonowe wykorzystują łatwopalne i lotne elektrolity organiczne, które są odpowiednie do zastosowań w temperaturze otoczenia. Bezpieczniejszą alternatywą dla elektrolitów organicznych są akumulatory polimerowe ze stali kości. Akumulatory polimerowe działają bezpiecznie w wysokich temperaturach (&gt;120 °C), dzięki czemu można je stosować w zastosowaniach wysokotemperaturowych, takich jak głębokie wiercenia ropy naftowej i hybrydowe pojazdy elektryczne. W tym artykule omówiono (a)...

Elektrolity z kopolimeru kopolimeru w stanie stałym do zastosowań w bateriach litowych

Opisujemy użycie technik synchrotronowej spektroskopii absorpcyjnej promieniowania rentgenowskiego (XAS) i dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) do badania szczegółów procesów interkalacji/deinterkalacji w materiałach elektrodowych dla akumulatorów litowo-jonowych i na-jonowych. Zarówno eksperymenty in situ, jak i ex situ są wykorzystywane do zrozumienia zachowań strukturalnych istotnych dla działania...

Charakterystyka materiałów elektrodowych do akumulatorów litowo-jonowych i sodowo-jonowych z wykorzystaniem technik promieniowania synchrotronowego

Opisujemy projekt i budowę ogniwa elektrochemicznego do badania materiałów elektrodowych za pomocą dyfrakcji proszków neutronów in situ (NPD). Pokrótce omówimy alternatywne projekty komórek NPD in situ i omówimy metody analizy odpowiadających im danych NPD in situ uzyskanych przy użyciu tej komórki.

In Situ Dyfrakcja proszku neutronowego przy użyciu niestandardowych akumulatorów litowo-jonowych

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.

Niewodne przetwarzanie elektrod i budowa litowo-jonowych ogniw pastylkowych

Przedstawiono tutaj protokół badań elektrochemicznych akumulatora aprotycznego Li-O2 z przygotowaniem elektrod i elektrolitów oraz wprowadzeniem często stosowanych metod charakteryzacji.

Protokół badania elektrochemicznego i charakterystyka akumulatora Aprotic Li-O2

Tutaj opisujemy protokoły przygotowania elektrolitów z soli jonowej bis(trifluorometanu)sulfonimidu litu na bazie fosfonu i soli bis(trifluorometanu)sulfonimidu, oraz montażu niepalnej i działającej w wysokiej temperaturze baterii litowo-jonowej.

Synteza elektrolitów na bazie cieczy jonowych, montaż akumulatorów litowo-jonowych i pomiary wydajności w wysokiej temperaturze

Przedstawiono protokół wytwarzania elektrochemicznie aktywnych nanobaterii litowo-jonowych litowo-jonowych na bazie litów litowo-jonowych opartych na elektrochemicznie aktywnych LiPON przy użyciu skupionej wiązki jonów.

Produkcja skupionej wiązki jonów półprzewodnikowych nanobaterii litowo-jonowych na bazie LiPON do testów in situ

Ogniwa trzyelektrodowe są przydatne w badaniu elektrochemii akumulatorów litowo-jonowych. Taki układ elektrochemiczny pozwala na odsprzęgnięcie i niezależne badanie zjawisk związanych z katodą i anodą. W tym miejscu przedstawiamy przewodnik dotyczący budowy i użytkowania trzyelektrodowego ogniwa pastylkowego z naciskiem na analitykę litowania.

Przygotowanie trzyelektrodowych ogniw pastylkowych i analiza elektroosadzania akumulatorów litowo-jonowych

Tutaj prezentujemy protokół produkcji i przygotowania płynnego ogniwa grafenowego do obserwacji w mikroskopii elektronowej in situ, wraz z syntezą materiałów elektrodowych i testami elektrochemicznych ogniw akumulatorowych.

Przygotowanie ogniw ciekłych grafenu do obserwacji materiału baterii litowo-jonowych

Ta praca ma na celu określenie kinetyki reakcji katody i anody baterii litowo-jonowej ulegających niekontrolowanemu wzrostowi termicznemu (TR). Jednoczesna analiza termiczna (STA)/spektrometr FTIR z transformacją Fouriera/spektrometria mas chromatografii gazowej (GC-MS) zostały wykorzystane do ujawnienia zdarzeń termicznych i wykrycia wydzielanych gazów.

identyfikacja i kwantyfikacja mechanizmów rozkładu w akumulatorach litowo-jonowych; Dane wejściowe do symulacji przepływu ciepła w celu modelowania niekontrolowanej temperatury

Niniejszy protokół opisuje przebieg analizy z wykorzystaniem kriogenicznej dyfrakcji wiązki nanometrowej w skaningowym mikroskopie elektronowym z kontrolą dawki (cryo-SEND) w celu charakterystyki wrażliwych na wiązkę elektronów interfejsów bateryjnych. Metoda ta pozwala na zachowanie rodzimych faz międzyfazowych stałego elektrolitu (SEI) poprzez połączenie bezlodowego przenoszenia kriogenicznego, kontroli dawki elektronów oraz obrazowania opartego na dyfrakcji. Procedura obejmuje wytyczne...

Procedury kriogenicznej dyfrakcji nanowiązki w skaningowym mikroskopie elektronowym w charakterystyce strukturalnej wrażliwych na wiązkę interfejsów bateryjnych

Poznaj metodę budowy i testowania pastylkowych ogniw litowo-jonowych w skrzynce z rękawicami. Protokół obejmuje przygotowanie elektrod, montaż i badania elektrochemiczne pojemności ładowania.

Konstrukcja i testowanie ogniw guzikowych baterii litowo-jonowych

Przeglądaj więcej filmów