Introduktion
Batterielektrolytter spiller en afgørende rolle i energilagring og er en væsentlig komponent i moderne batteriteknologier. Disse stoffer muliggør strømmen af ioner mellem elektroderne, hvilket er afgørende for opladning og afladning af batteriet. I de senere år har forskningen i batterielektrolytter gjort betydelige fremskridt i retning af at forbedre batteriernes effektivitet, sikkerhed og levetid. Med den stigende betydning af elektriske køretøjer og vedvarende energi er det centralt for en bæredygtig energifremtid at forstå og udvikle elektrolytter.
Men farer som overophedning eller termisk løbskhed skal overvejes og undersøges. Termisk analyse giver indsigt i disse materialers termiske egenskaber, som f.eks. FaseovergangeUdtrykket faseovergang (eller faseændring) bruges oftest til at beskrive overgange mellem fast, flydende og gasformig tilstand.faseovergang eller NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning.
Som repræsentant for de mange batterielektrolytter blev det meget anvendte lithiumhexafluorarsenat (LiAsF6) undersøgt for kaloriske effekter og masseændringer ved hjælp af samtidig termisk analyse.
Målebetingelser
På grund af LiAsF6's hygroskopiske egenskaber blev prøven forberedt i handskeboksen under argon for at forhindre materialet i at absorbere vand. STA-målingen blev også udført i en argonrenset handskeboks. Detaljerede måleparametre kan findes i tabel 1.
Tabel 1: Måleparametre brugt til undersøgelsen med STA 449 Jupiter®
| Parameter | Prøve LiAsF6 |
|---|---|
| Vægt af prøve | 12.1 mg |
| Digel | Concavus® Al, gennembrudt låg |
| Sensor | TGA-DSC Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp, type S |
| Ovn | SiC |
| Temperaturprogram | RT til 600°C |
| Opvarmningshastighed | 10 K/min |
| Gasatmosfære | Argon |
| Gasstrøm | 70 ml/min |
Resultater af målinger
TGA-DSC-resultaterne er vist i figur 1. Massetabskurven viser to trin på 1,1 % og 81,7 %. Det første massetabstrin kan formodentlig tilskrives frigivelse af fugt. Det andet massetabstrin skyldes nedbrydningen af LiAsF6. To endoterme effekter med spidstemperaturer på 122,8 °C og 497,7 °C og entalpier på 25,18 J/g og 337 J/g kan registreres fra DSC-kurven; disse korrelerer med massetabstrinnene. Desuden kan der ved en temperatur på 265 °C identificeres en reversibel fast-fast FaseovergangeUdtrykket faseovergang (eller faseændring) bruges oftest til at beskrive overgange mellem fast, flydende og gasformig tilstand.faseovergang af LiAsF6, der skifter fra rhomboedrisk fase til kubisk1.
1Gavrichev, K.S., Sharpataya, G.A., Gorbunov, V.E. et al. Thermodynamic Properties and Decomposition of Lithium Hexafluoroarsenate, LiAsF6. Inorganic Materials 39, 175-182 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1022102914631
Sammenfatning
Karakteriseringen af energetiske effekter og nedbrydningen af batterielektrolytten LiAsF6 blev udført med succes ved hjælp af samtidig termisk analyse. Takket være muligheden for at udføre prøveforberedelsen og STA-målingen i en handskeboks kan selv materialer, der ellers ville reagere med den omgivende atmosfære - som det undersøgte LiAsF6-materiale - måles med succes. Baseret på de opnåede data kan man se, at LiAsF6 forbliver stabilt indtil faststof-faststof-fasetransformationen ved omkring 265 °C. Ved temperaturer over 300 °C nedbrydes materialet under inerte forhold. Disse oplysninger giver yderligere viden om potentielle farer som overophedning og termisk runaway.
Alle NETZSCH instrumenter kan betjenes i en handskeboks, hvilket gør det muligt at analysere materialer, der er følsomme over for miljøforhold eller har giftige egenskaber. Ved at bruge en handskeboks kan sådanne materialer behandles og analyseres under kontrollerede forhold, isoleret fra det omgivende miljø. Dette gør det muligt at opnå eksperimentelle resultater, som ikke ville være mulige uden disse beskyttelsesforanstaltninger, da materialet bevarer sine egenskaber, mens menneskers sikkerhed er sikret.