Tìm Hiểu Về Chất Điện Phân Với Công Nghệ Cộng Hưởng Từ Hạt Nhân

Các yêu cầu về lưu trữ năng lượng tăng lên gần như hàng ngày, từ việc sử dụng rộng rãi các thiết bị điện tử cầm tay cho đến thị trường xe điện đang phát triển nhanh chóng. Để đáp ứng được nhu cầu này đòi hỏi phải tiếp tục phát triển các công nghệ pin mới và tối ưu hóa việc sản xuất các công nghệ hiện tại. Công nghệ cộng hưởng từ hạt nhân để bàn có một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghệ phát triển pin.

Hiện tại, tất cả các loại pin thương mại và những công nghệ dự kiến đi vào sản xuất trong 5 năm tới đều dựa trên chất điện phân ở trạng thái lỏng. Điều này làm cho NMR trở thành một công cụ phân tích hoàn hảo để hỗ trợ sự phát triển của chúng. Vai trò của chất điện phân về cơ bản là cung cấp môi trường phân cực tự do cho các ion và đạt được sự dẫn dòng giữa các điện cực âm và dương của pin.

Do có nhiều loại muối, dung môi hữu cơ và phụ gia, chất điện phân với các thành phần và tỷ lệ khác nhau có thể có sự khác biệt đáng kể về độ bền nhiệt, độ ổn định hóa học, độ dẫn ion và tính tương thích của điện cực. Điều này có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của pin, tuổi thọ, sự an toàn và phạm vi ứng dụng. Do đó, việc xác định chính xác và toàn diện các đặc tính của chất điện phân cũng như hiểu và kiểm soát phương pháp hoạt động của nó là không thể thiếu trong quá trình phát triển và kiểm tra chất lượng của công nghệ pin.

Sự phát triển điện phân

Các chất điện phân hiện nay dựa trên muối Li + hoặc Na + hòa tan trong hỗn hợp dung môi hữu cơ, điển hình là ethyl cacbonat (EC), dietyl cacbonat (DEC), dimetyl cacbonat (DMC) hoặc propylen cacbonat (PC). Một trong những thông số quan trọng để hiểu hiệu suất của các chất điện phân này là độ linh động của ion. Bằng hệ thống cộng hưởng từ hạt nhân để bàn X-Pulse, hệ số khuếch tán và tính di động của ion trong tất cả các loại khác nhau trong chất điện phân có thể được đo nhanh chóng và trong cùng một phòng thí nghiệm.

Một loạt các hạt nhân có sẵn trong thiết bị X-Pulse giúp cho các thành phần cation (7Li, 23Na), anion (31P, 11B, 19F) và dung môi (1H, 13C) của bạn đều có thể được đo một cách độc lập.

Kết quả thí nghiệm PFGSE cho 3 hạt nhân được thu thập trên một hệ thống duy nhất, phổ 1H cho thấy dung môi, 19F cho thấy anion, và 7Li cho thấy cation Li

Ai cũng biết rằng các chất điện phân thế hệ hiện tại có thể không ổn định. Thông qua nhiều chu kỳ sạc và xả, nhiều sự cố có thể hình thành. Với một phổ 19F duy nhất, có thể xác định hầu hết các sự cố này. Các hợp chất phổ biến như LiF hoặc axit flohidric xác định các vùng riêng biệt của phổ, ngay cả ở tần số 60MHz. Tính linh hoạt của NMR để bàn mở ra khả năng thực hiện kiểm tra nhanh chất điện phân sau mỗi chu kỳ phóng điện để hiểu các quá trình nguyên nhân cho sự xuống cấp.

7Li: Định lượng nồng độ Li và nhanh chóng xác định các biến thể trong môi trường hóa học. Hệ số tự khuếch tán của chất điện phân trước và sau khi tiếp xúc với nước (đồ thị Stejskal-Tanner từ phổ 19F PGSE NMR)
19F: Xác định các thành phần flo chính cũng như các sản phẩm phân hủy và chất gây ô nhiễm Hệ số tự khuếch tán của chất điện phân trước và sau khi tiếp xúc với nước (đồ thị Stejskal-Tanner từ phổ 19F PGSE NMR).

Kiểm soát chất lượng

Thiết bị cộng hưởng từ băng thông rộng để bàn là một kỹ thuật mạnh mẽ và dễ sử dụng để cải thiện việc kiểm soát chất lượng của chất điện phân pin. Nó kiểm soát nguyên liệu thô đầu vào và kiểm tra sản phẩm cuối cùng về thành phần hóa học và độ tinh khiết của các hỗn hợp phức tạp. Điều này bao gồm phân tích các dung môi bằng cách sử dụng hạt nhân 1H trong NMR cũng như các muối flo hóa và các chất ổn định với hạt nhân 19F, 31P và 11B trong NMR. Hơn nữa, đặc tính của các loại cation điện ly trong dung dịch được xác định với hạt nhân 7Li và 23Na trong NMR.

Trong và sau quá trình suy giảm điện phân, các sản phẩm có sự cố được phát hiện nhanh chóng và nguồn gốc của sự khác biệt về hiệu suất trong pin Li-ion thương mại cũng được chẩn đoán. Ngoài ra, biểu đồ dốc của trường xung NMR định lượng sự khác biệt về tính chất vật lý bao gồm sự tự khuếch tán của các chất điện phân “tốt” và các chất điện phân xuống cấp.

Self-diffusion coefficients of an electrolyte before and after exposure to water (Stejskal-Tanner plot from 19F PGSE NMR spectra).
Chia sẻ:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

DMCA.com Protection Status