Johdanto
Akkujen elektrolyytit ovat ratkaisevassa asemassa energian varastoinnissa, ja ne ovat nykyaikaisen akkuteknologian olennainen osa. Nämä aineet mahdollistavat ionien virtauksen elektrodien välillä, mikä on välttämätöntä akun lataamiseksi ja purkamiseksi. Viime vuosina akkujen elektrolyyttien tutkimuksessa on edistytty merkittävästi akkujen tehokkuuden, turvallisuuden ja käyttöiän parantamisessa. Sähköajoneuvojen ja uusiutuvien energialähteiden merkityksen kasvaessa elektrolyyttien ymmärtäminen ja kehittäminen on keskeistä kestävän energiatulevaisuuden kannalta.
On kuitenkin otettava huomioon ja tutkittava ylikuumenemisen tai lämpökarkulaisuuden kaltaisia vaaroja. Lämpöanalyysillä saadaan tietoa näiden materiaalien lämpöominaisuuksista, kuten faasimuutoksesta tai hajoamisesta.
Lukuisien akkuelektrolyyttien edustajana laajalti käytettyä litiumheksafluoriarsenaattia (LiAsF6) tutkittiin lämpövaikutusten ja massanmuutosten osalta simultaanisen lämpöanalyysin avulla.
Mittausolosuhteet
LiAsF6:n hygroskooppisten ominaisuuksien vuoksi näyte valmistettiin hansikaslokerossa argonissa, jotta materiaali ei imisi itseensä vettä. STA-mittaus suoritettiin myös argonilla puhdistetussa hansikaslokerossa. Yksityiskohtaiset mittausparametrit ovat taulukossa 1.
Taulukko 1: STA 449:n kanssa tehdyssä tutkimuksessa käytetyt mittausparametrit Jupiter®
| Parametri | Näyte LiAsF6 |
|---|---|
| Näytteen paino | 12.1 mg |
| Upokas | Concavus® Al, lävistetty kansi |
| Anturi | TGA-DSC Ominaislämpökapasiteetti (cp)Lämpökapasiteetti on materiaalikohtainen fysikaalinen suure, joka määräytyy näytteeseen syötetyn lämmön määrän ja siitä aiheutuvan lämpötilan nousun perusteella. Ominaislämpökapasiteetti suhteutetaan näytteen massayksikköön.cp, tyyppi S |
| Uuni | SiC |
| Lämpötilaohjelma | RT - 600 °C |
| Lämmitysnopeus | 10 K/min |
| Kaasuilmakehä | Argon |
| Kaasun virtaus | 70 ml/min |
Mittaustulokset
TGA-DSC-tulokset on esitetty kuvassa 1. Massahäviökäyrässä on kaksi askelta 1,1 % ja 81,7 %. Ensimmäinen massahäviöaskel johtuu oletettavasti kosteuden vapautumisesta. Toinen massahäviöaskel johtuu LiAsF6:n hajoamisesta. DSC-käyrästä voidaan havaita kaksi endotermistä vaikutusta, joiden huippulämpötilat ovat 122,8 °C ja 497,7 °C ja entalpiat 25,18 J/g ja 337 J/g; nämä korreloivat massahäviöaskelten kanssa. Lisäksi 265 °C:n lämpötilassa voidaan havaita LiAsF6:n reversiibeli kiinteä-kiinteä-Vaiheen siirtymätTermiä faasimuutos (tai faasimuutos) käytetään yleisimmin kuvaamaan siirtymiä kiinteän, nestemäisen ja kaasumaisen tilan välillä.faasimuutos, jossa rhomboedrinen faasi muuttuu kuutiolliseksi1.
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. https://doi.org/10.1023/A:1022102914631
Yhteenveto
Energiavaikutusten ja akkuelektrolyytin LiAsF6:n hajoamisen karakterisointi onnistui samanaikaisen lämpöanalyysin avulla. Koska näytteen valmistelu ja STA-mittaus voidaan suorittaa hansikaslokeron sisällä, voidaan onnistuneesti mitata myös materiaaleja, jotka muuten reagoivat ympäröivän ilmakehän kanssa - kuten tutkittu LiAsF6-materiaali. Saatujen tietojen perusteella voidaan todeta, että LiAsF6 pysyy stabiilina kiinteä-kiinteä -faasimuunnokseen asti noin 265 °C:ssa. Yli 300 °C:n lämpötiloissa materiaali hajoaa inertissä tilassa. Nämä tiedot antavat lisätietoa mahdollisista vaaroista, kuten ylikuumenemisesta ja lämpökarkuruudesta.
Kaikkia NETZSCH -laitteita voidaan käyttää hansikaslokerossa, mikä mahdollistaa ympäristöolosuhteille herkkien tai myrkyllisten materiaalien analysoinnin. Hansikaslokeroa käyttämällä tällaisia materiaaleja voidaan käsitellä ja analysoida valvotuissa olosuhteissa, eristettynä ympäröivästä ympäristöstä. Näin voidaan saada kokeellisia tuloksia, jotka eivät olisi mahdollisia ilman näitä suojatoimenpiteitä, koska materiaali säilyttää ominaisuutensa ja ihmisten turvallisuus on taattu.