مقدمة
تلعب إلكتروليتات البطاريات دورًا حاسمًا في تخزين الطاقة وهي عنصر أساسي في تقنيات البطاريات الحديثة. تتيح هذه المواد تدفق الأيونات بين الأقطاب الكهربائية، وهو أمر ضروري لشحن البطارية وتفريغها. في السنوات الأخيرة، أحرزت الأبحاث في مجال إلكتروليتات البطاريات تقدماً كبيراً نحو تحسين كفاءة البطاريات وسلامتها وعمرها الافتراضي. ومع تزايد أهمية السيارات الكهربائية والطاقة المتجددة، فإن فهم الشوارد الكهربائية وتطويرها أمر أساسي لمستقبل الطاقة المستدامة.
ومع ذلك، يجب النظر في المخاطر مثل السخونة الزائدة أو الهروب الحراري والتحقيق فيها. يوفر التحليل الحراري نظرة ثاقبة للخصائص الحرارية، مثل الانتقال الطوري أو التحلل، لهذه المواد.
وتمثيلًا للإلكتروليتات العديدة للبطاريات، تم فحص سداسي فلوروارسينات الليثيوم (LiAsF6) المستخدم على نطاق واسع لمعرفة التأثيرات الحرارية والتغيرات في الكتلة باستخدام التحليل الحراري المتزامن.
شروط القياس
نظرًا لخصائص الاسترطاب في LiAsF6، تم تحضير العينة في صندوق القفازات تحت غاز الأرجون لمنع المادة من امتصاص الماء. تم إجراء قياس STA أيضًا في صندوق قفازات منقّى بالأرجون. يمكن العثور على معلمات القياس التفصيلية في الجدول 1.
الجدول 1: معلمة القياس المستخدمة في القياس مع STA 449 Jupiter®
المعلمة | عينة LiAsF6 |
---|---|
وزن العينة | 12.1 مجم |
البوتقة | Concavus® آل، غطاء مثقوب |
المستشعر | TGA-DSC cp، النوع S |
فرن | سي سي |
برنامج درجة الحرارة | من RT إلى 600 درجة مئوية |
معدل التسخين | 10 كلفن/دقيقة |
جو الغاز | الأرجون |
تدفق الغاز | 70 مل/دقيقة |
نتائج القياس
تظهر نتائج TGA-DSC في الشكل 1. يُظهر منحنى فقدان الكتلة خطوتين بنسبة 1.1% و81.7%. يمكن أن تُعزى خطوة فقدان الكتلة الأولى إلى إطلاق الرطوبة. وتُعزى خطوة فقدان الكتلة الثانية إلى تحلل LiAsF6. يمكن الكشف عن تأثيرين ماصّين للحرارة بدرجتي حرارة قصوى تبلغ 122.8 درجة مئوية و497.7 درجة مئوية وقياس إنثالبي 25.18 جول/ج و337 جول/ج من منحنى التذبذب الحراري المضاعف؛ ويرتبط ذلك بخطوات فقدان الكتلة. وبالإضافة إلى ذلك، عند درجة حرارة 265 درجة مئوية، يمكن تحديد انتقال الطور الصلب-الصلب القابل للانعكاس من LiAsF6 المتغير من الطور المعيني السطوح إلى الطور التكعيبي1.
1Gavrichev, K.S., Sharpataya, G.A., Gorbunov, V.E. وآخرون. الخواص الديناميكية الحرارية وتحلل سداسي فلوروارسينات الليثيوم، LiAsF6. Inorganic Materials 39, 175-182 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1022102914631

الملخص
تم إجراء توصيف التأثيرات النشطة وتحلل إلكتروليت البطارية LiAsF6 بنجاح باستخدام التحليل الحراري المتزامن. وبفضل القدرة على إجراء عملية تحضير العينة وقياس STA داخل صندوق قفازات، يمكن قياس حتى المواد التي قد تتفاعل مع الغلاف الجوي المحيط بها - مثل مادة LiAsF6 التي تم فحصها - بنجاح. استنادًا إلى البيانات التي تم الحصول عليها، يمكن ملاحظة أن LiAsF6 يظل مستقرًا حتى التحول الطوري الصلب والصلب عند حوالي 265 درجة مئوية. وعند درجات حرارة أعلى من 300 درجة مئوية، تتحلل المادة في ظروف خاملة. وتوفر هذه المعلومات معرفة إضافية فيما يتعلق بالمخاطر المحتملة مثل السخونة الزائدة والهروب الحراري.
يمكن تشغيل جميع أجهزة NETZSCH في صندوق قفازات، مما يسمح بتحليل المواد الحساسة للظروف البيئية أو ذات الخصائص السامة. وباستخدام صندوق القفازات، يمكن معالجة هذه المواد وتحليلها في ظل ظروف محكومة ومعزولة عن البيئة المحيطة. وهذا يسمح بالحصول على نتائج تجريبية لن تكون ممكنة بدون هذه التدابير الوقائية، حيث تحتفظ المادة بخصائصها مع ضمان السلامة البشرية.