За последние три десятилетия литий-ионные аккумуляторы произвели революцию в энергетической отрасли благодаря своему меньшему весу, более длительному заряду и способности лучше работать в экстремальных условиях по сравнению с никель-кадмиевыми аккумуляторами прошлого. Ключевым компонентом литий-ионных аккумуляторов является графит, основной материал, используемый для одного из двух электродов, известных как анод.
Когда аккумулятор заряжается, ионы лития перетекают от катода к аноду через электролитный буфер, разделяющий эти два электрода. Затем этот процесс меняется на противоположный, когда батарея разряжается. В то время как для катода могут использоваться различные материалы, графит является предпочтительным материалом для большинства анодов благодаря его распространенности, низкой стоимости и длительному сроку службы. Срок службы относится к тому, как долго батарея может удерживать заряд, и способствует развитию технологий.
Почему графит используется в батареях?
По мере того, как отрасли промышленности по всему миру работают над созданием более мощных литий-ионных аккумуляторов для всего, от электромобилей до сетевых станций хранения энергии, графит играет все более важную роль. Природный графит обычно содержит чешуйки, которые необходимо преобразовать в сферическую форму, прежде чем их можно будет использовать в качестве анодного материала. В качестве альтернативы синтетический графит можно производить в контролируемом процессе для обеспечения постоянного качества. Производство высококачественного синтетического графита требует температуры до 3000°C.
Оптимизация морфологии графита позволяет исследователям создавать аноды с более высокой производительностью и плотностью энергии, меньшей необратимой потерей емкости в первом цикле, более длительным сроком службы и лучшими характеристиками безопасности. Сферические частицы графита обеспечивают более эффективную упаковку частиц, тем самым увеличивая общую проводимость. С помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) исследователи могут визуально изучать морфологию частиц. Сканирующие электронные микроскопы имеют более высокое разрешение по сравнению с оптическими микроскопами, которые было бы трудно использовать при рассмотрении черного порошка, такого как графит.
СЭМ-анализ графита для литий-ионных аккумуляторов
Часто исследователи не могут позволить себе собственное оборудование или опыт и вместо этого отправляют свои образцы для анализа в испытательные лаборатории с СЭМ напольной модели. Мало того, что эти напольные модели требуют управления обученным профессионалом, но и аутсорсинг этих анализов приводит к задержке результатов.
Изображения частиц графита, полученные с помощью настольного электронного электронного микроскопа Thermo Scientific Phenom XL. Верхнее левое изображение — природный графит. Другие изображения были получены после применения пяти различных обработок к синтетическому графиту с целью найти наиболее близкое соответствие природному материалу.
Обратившись к настольному РЭМ Thermo Scientific Phenom XL со специальным сценарием автоматического сканирования, исследователи могут значительно сократить время выполнения экспериментов с батареями такого типа. Phenom XL позволяет исследователям проводить собственные анализы без предварительной подготовки.
Благодаря специальному сценарию автоматического сканирования Phenom XL может автоматически тестировать до 36 образцов одновременно, создавая более 200 изображений менее чем за 30 минут. Скрипт прост в использовании: пользователь определяет количество позиций, требующих анализа, и желаемые уровни увеличения на всех позициях. Как только это будет сделано, получение изображения может быть выполнено без присмотра в течение ночи, что значительно сократит время обработки и устранит различия в качестве изображения, характерные для разных операторов.
Phenom XL может генерировать изображения с разрешением 10 нанометров, что делает его идеальным инструментом для визуализации частиц графита размером 20 микрон. Кроме того, интуитивно понятный пользовательский интерфейс снижает потребность в обучении, расширяя возможности анализа для большего числа пользователей.
Пока ученые всего мира работают над улучшением качества графита для анодов литий-ионных аккумуляторов, Phenom XL Desktop SEM со специальным скриптом Auto-Scan может автоматизировать повторяющиеся необходимые испытания. Имея возможность быстро и точно охарактеризовать эти образцы самостоятельно, пользователи могут ускорить процесс исследований и разработок, поскольку они работают над созданием более безопасных, более мощных и долговечных литий-ионных аккумуляторов.
Виллем ван Зил (Willem van Zyl) — инженер по применению в компании Thermo Fisher Scientific.
Чтобы узнать больше о том, как электронная микроскопия может улучшить исследования аккумуляторов, посетите наш веб-сайт, посвященный исследованиям аккумуляторов.
Центр инноваций в области аккумуляторов
Наша миссия сосредоточена на содействии быстрой разработке, тестированию, коммерциализации и углубленному изучению безопасных, надежных, высокопроизводительных и легких систем хранения энергии для наших коммерческих, оборонных, академических партнеров и промышленности.
Производство аккумуляторов
Помощь в разработке производственных процессов и возможностей для быстрого перехода к полномасштабному производству.
Тестирование, оценка и сертификация
Предоставление широкого спектра возможностей тестирования, от аккумуляторных элементов до полномасштабных крупноформатных аккумуляторных систем.
Технические консультации и обучение
BIC предоставляет всесторонний опыт, обширную сеть экспертов, отраслевое обучение и повышение квалификации.
Краткий курс по хранению энергии
Образовательная серия
Cвежие новости
Семинар по тестированию безопасности аккумуляторов Hioki
Узнайте, как производители литий-ионных аккумуляторов могут предотвратить возгорание аккумуляторов.
Батареи представляют химическую и физическую опасность. Аккумуляторы могут выйти из строя у многих
причинам, включая короткое замыкание, перезарядку или перегрев. Для литий-ионных аккумуляторов эти отказы могут привести к опасному распространению, приводящему к очень опасному тепловому разгону. Чтобы предотвратить возгорание аккумуляторов, мы должны стремиться понять, как предотвратить
беглецы. Контроль качества на каждом этапе производства аккумуляторов является эффективным способом устранения большинства дефектов, и производители аккумуляторов несут ответственность за то, чтобы сделать существующую технологию максимально безопасной.
Годовой отчет Комиссии по производству электромобилей Индианы
В первом отчете Комиссии по продуктам для электромобилей Индианы о ландшафте продуктов для электромобилей в Индиане наш штат Хузьер ставится на первое место в плане привлечения промышленности.
–
Автомобильная промышленность положила начало технической революции в Индиане, культивируя исследования и новаторские продукты в течение многих десятилетий. Хотя местные
Бум автомобильной промышленности в последнее время значительно вырос, лидеры Hoosier утомительно развивают культуру инноваций, уделяя большое внимание деталям и растущим тенденциям.
Glassboard и BIC обсуждают передовые аккумуляторные технологии
Мы погружаемся в мир передовых аккумуляторных технологий и рассказываем о роли соревновательного автоспорта в развитии аккумуляторных технологий.
Что говорят некоторые из наших клиентов
Наш обширный опыт позаботится о том, чтобы ваш проект стал ИСТОРИЕЙ УСПЕХА!
«BIC с энтузиазмом приглашает исследователей в свой центр и проводит практическое обучение созданию элементов всех типов из ваших собственных передовых аккумуляторных материалов. Кроме того, BIC обеспечивает ценные связи с академическими кругами, промышленностью и государственными организациями, которые могут быть полезны для исследований и разработок продуктов на этапе коммерциализации. Все это предлагается без каких-либо опасений по поводу интеллектуальной собственности; ваш IP остается вашим».
«BIC потратил время, чтобы понять наш бизнес и адаптировать тестирование к нашим потребностям, зная о возможных камнях преткновения во время этого тестирования. Они предоставили нам варианты и предложения, когда что-то пошло не так, как планировалось, и уделили пристальное внимание тестированию, когда мы не могли быть на месте. У нас сложились отличные отношения с людьми из BIC, и это также помогло развитию нашего бизнеса благодаря другим сетевым возможностям, созданным BIC».
«BIC был отличным ресурсом на протяжении многих лет, когда мы перешли от пилотных проектов по хранению энергии и микросетей к крупным инвестициям в коммунальные предприятия. Это место, которое объединяет широкий круг заинтересованных сторон не только в штате Индиана, но и на национальном и международном уровнях. Он действительно считается глобальным центром передового опыта в области исследований и разработок в области хранения энергии».
«DuPont выбрала Центр инноваций в области батарей (BIC) из-за их способности очень быстро реагировать на запросы. DuPont работает над тем, чтобы стать крупным игроком в сегменте аккумуляторов, и без помощи BIC в тестировании и анализе это было бы невозможно. BIC помог DuPont проверить проекты, которые мы разрабатываем для будущих продаж на рынке. Их способность реагировать на изменения, с которыми компании не справляются, — обычное дело для BIC».
«Поскольку мы готовились к открытию первой в стране лаборатории IoT, финансируемой городом, было крайне важно работать с отраслевыми специалистами, имеющими опыт работы с инструментами, которые нам понадобятся в нашей лаборатории IoT. Поиск профессиональной организации с большим опытом работы в лаборатории был приоритетом номер один, и мы нашли такого партнера в лице BIC. От их опытного персонала до поддержки мирового класса, их услуги были непревзойденными».
«Lynntech сотрудничает с BIC в различных исследовательских проектах, связанных с разработкой компонентов батарей для различных химических элементов. Это сотрудничество позволяет нам понять перспективы масштабирования и технологичность этих новых химических веществ. Исследовательская группа BIC обладает исключительными знаниями обо всех аспектах разработки аккумуляторов и предлагает очень полезную информацию для поиска инновационных решений научных проблем. Они одинаково хорошо разбираются в экспериментальных методиках и технологиях производства. Lynntech отправляет многих исследователей в BIC для обучения и получения опыта, который затем позволяет им стать более опытными в своей работе. Мы с нетерпением ждем продолжения этого сотрудничества в будущем».
«У нас было множество вариантов, когда мы начали искать испытательную установку для электрических испытаний литий-ионных элементов. Когда мы объяснили BIC сложность наших тестовых профилей и важность точности данных, технические знания, продемонстрированные инженерами, и серьезность, проявленная руководителями, вселили в нас уверенность в возможностях BIC и их желании выполнить работу. Мы были довольны стремлением BIC предоставлять своевременные обновления; и их готовность сделать все возможное, чтобы привлечь эксперта для объяснения некоторых противоречивых наблюдений в данных испытаний. Мы настоятельно рекомендуем BIC для тестирования аккумуляторов».
«Опыт и возможности BIC позволили нам быстро и эффективно начать масштабирование нашей технологии с использованием коммерческого оборудования для изготовления электродов. BIC, безусловно, ускорил наши сроки разработки, и мы с нетерпением ждем продолжения нашего прогресса с ними».
«Valvoline сосредоточена на получении знаний об аккумуляторах и аккумуляторных системах, используемых в транспорте. Valvoline обращается к BIC за обучением и опытом работы с батареями. BIC предлагает очень сбалансированный подход к обучению с классным временем, живыми лабораторными демонстрациями и практическими возможностями. Valvoline очень довольна обучением, которое мы проводим в BIC, и надеется на дальнейшее сотрудничество».
