Batterien und Superkondensatoren

Die Qualität des Elektrodenmaterials wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, die alle von unseren Lösungen verbessert werden können: 

Partikelgröße : Die Partikelgröße des Elektrodenmaterials spielt eine wichtige Rolle bei der Batterieleistung. Die Partikelgrößenvariation muss in der Regel regelmäßig gemessen und optimiert werden, um eine konstante Batterieleistung zu gewährleisten – idealerweise im Verlauf des Produktionsprozesses. 
Unser  Mastersizer  bietet basierend auf der Laserbeugung die einfachste, genaueste Methode zur Messung der Partikelgröße des Kathoden- und Anodenmaterials. Und für industrielle Prozessumgebungen kann er durch unser  Online-Partikelgrößenmessgerät Insitec  ersetzt werden, um Echtzeitdaten für die Prozesssteuerung bereitzustellen.

Partikelform : Die Partikelform von Batterieelektrodenmaterialien ist der Schlüssel zur Freisetzung des Potenzials eines jeden Materials für die Herstellung der leistungsstärksten Batterien. Insbesondere wirkt sich die Partikelform auf die Rheologie der Paste sowie die Packungsdichte, Porosität und Einheitlichkeit der Elektrodenbeschichtung aus.  
Daher müssen Hersteller in der Lage sein, die Morphologie von Partikeln zu analysieren und zu optimieren, um die bestmögliche Batterieleistung zu erzielen. Mit unserem Gerät  Morphologi 4  für die optische Bildgebung können Sie mit statistischer Signifikanz die Größe und Form von Partikeln in nur wenigen Minuten bestimmen und so alle wichtigen Informationen zur Optimierung Ihrer Batteriepaste erhalten.

Kristalline Phase : Die kristalline Phase bezieht sich auf die Struktur von Materialien auf atomarer Ebene – der Ebene, auf der der Ionen- oder Elektronentransport erfolgt oder behindert wird. Die Zusammensetzung der kristallinen Phase beeinflusst die Gesamtqualität des Elektrodenmaterials und seine Eignung für die Herstellung von Batteriezellen. Bei der Analyse der kristallinen Phase ist die  Röntgendiffraktion (XRD)  das Verfahren der Wahl. 

Unser kompaktes Röntgendiffraktometer Aeris, ein einfach zu bedienendes Gerät mit hervorragender Datenqualität, kann für die genaue Analyse von Folgendem verwendet werden:

• Zusammensetzung der kristallinen Phasen und Vorhandensein von verbleibenden Reaktanten (zur Optimierung des Kalzinierungsprozesses)
• Kristallitgröße (relatiert mit der Primärpartikelgröße)
• Grad der Graphitisierung in synthetischem Anodengraphit

    
Chemische Zusammensetzung und Verunreinigungen: Die routinemäßige Erkennung von Verunreinigungen und Änderungen der Elementzusammensetzung in Kathoden- und Anodenmaterialien ist für die Sicherstellung einer hohen Batteriequalität unerlässlich. Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist eine Alternative zur Spektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP), anhand derer diese Änderungen der chemischen Zusammensetzung und Verunreinigungen analysiert werden können – von nur wenigen ppm bis zu 100 %. 

In der Tat bietet die RFA für Hauptelemente bei niedrigen Prozentwerten im Vergleich zur ICP eine einfachere und genauere Methode zur Messung der Elementzusammensetzung als die, da sie weder Probenverdünnung noch Säureaufschluss erfordert. Viele führende Batteriehersteller verwenden unser Benchtop-RFA-Spektrometer E4 oder unser WDRFA-Spektrometer Zetium zur Analyse von Kathoden- und Vorläufermaterialien. 

Batteriepaste besteht aus vielen Komponenten – Elektrodenmaterial, Kohlenstoff oder Graphen, polymere Bidnemittel und Lösungsmittel – und ihre miteinander verbundene Struktur spielt eine wichtige Rolle bei der Qualität von Elektrodenbeschichtungen. Sowohl Partikelgröße als auch -form beeinflussen die Packungsdichte und Porosität in Beschichtungen. Ein weiterer wichtiger Faktor stellt das Zetapotenzial der Elektrodenpartikeln in der Paste dar. Es bestimmt, ob die Partikel zur Aggregation neigen.

Partikel mit hohem Zetapotenzial stoßen sich ab, und bilden stabile Diserpsionen, während ein niedriges Zetapotenzial zur Partikelaggregation führt. Dies wiederum führt zu Ungleichförmigkeit der Elektrodenbeschichtung, was eine verminderte Batterieleistung nach sich zieht. Das Zetapotenzial wirkt sich zudem auf die Benetzbarkeit der Metalloberfläche aus. Mit unserem Zetasizer können Sie das Zetapotenzial optimieren, um die Qualität Ihrer Elektrodenbeschichtung zu verbessern – mit ausgezeichneter Genauigkeit, Wiederholpräzision und Konsistenz.

In der Batterieindustrie ist Graphen dafür bekannt, die Leistung von Kathoden- und Anodenmaterialien durch die Ausbilung eines Elektronenleitungsnetzes zu verbessern. Beim Verändern des Kathodenmaterials mit Graphen kann das Zetapotenzial die Wechselwirkung zwischen Graphen und Lithium-Kathoden-Partikeln erheblich beeinflussen. 

Damit Sie dies besser überwachen und die Verbesserung durch Graphen so effektiv wie möglich gestalten können, kann unser Zetasizer das Zetapotenzial sowohl von Graphen als auch von Kathodenpartikeln bestimmen. Er kann Ihnen zudem dabei helfen, den pH-Wert für eine optimale interpartikuläre Wechselwirkung anzupassen, sodass die Verwendung von Graphen die Leistung Ihrer Batterie maximiert.

Superkondensatoren auf Graphen- oder Aktivkohle-Basis ergänzen Batterien in Anwendungen, die kurzzeitig eine hohe Leistung erfordern. In Superkondensatoren ewerden sehr ähnliche Materialien wie in Batterien verwendet. Tatsächlich spielen Partikelgröße und Partikel, morphologie, die Art der kristallinen Phasen, die Einlagergung von Ionen in Zwischenschichten, die Rheologie und die Änderung von kristallinen Phasen im Zusammenhang mit Lade-/Entladezyklen eine ebenso wichtige Rolle bei Superkondensatoren wie bei Batterien. Unsere innovativen Lösungen können auch zur Analyse und Verbesserung der Leistung von Superkondensatoren eingesetzt werden.