Introduzione
Gli elettroliti delle batterie svolgono un ruolo cruciale nell'immagazzinamento dell'energia e sono un componente essenziale delle moderne tecnologie delle batterie. Queste sostanze consentono il flusso di ioni tra gli elettrodi, essenziale per la carica e la scarica della batteria. Negli ultimi anni, la ricerca sugli elettroliti delle batterie ha compiuto progressi significativi per migliorarne l'efficienza, la sicurezza e la durata. Con la crescente importanza dei veicoli elettrici e delle energie rinnovabili, la comprensione e il progresso degli elettroliti sono fondamentali per un futuro energetico sostenibile.
Tuttavia, è necessario considerare e studiare rischi come il surriscaldamento o la Fuga termicaUna fuga termica è la situazione in cui un reattore chimico è fuori controllo rispetto alla produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione chimica stessa. La simulazione di una fuga termica viene solitamente effettuata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo la calorimetria accelerata (ARC).fuga termica. L'analisi termica fornisce informazioni sulle proprietà termiche, come la Transizioni di faseIl termine transizione di fase (o cambiamento di fase) è più comunemente usato per descrivere le transizioni tra gli stati solido, liquido e gassoso. transizione di fase o la Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione, di questi materiali.
Rappresentando i numerosi elettroliti delle batterie, l'esafluoroarsenato di litio (LiAsF6), ampiamente utilizzato, è stato esaminato per gli effetti calorici e le variazioni di massa utilizzando l'analisi termica simultanea.
Condizioni di misura
A causa delle proprietà igroscopiche del LiAsF6, il campione è stato preparato nella camera a guanti sotto argon per evitare che il materiale assorbisse acqua. Anche la misura STA è stata eseguita in una camera di guanti depurata da argon. La tabella 1 riporta i parametri di misura dettagliati.
Tabella 1: Parametri di misura utilizzati per l'indagine con lo STA 449 Jupiter®
| Parametro | Campione LiAsF6 |
|---|---|
| Peso del campione | 12.1 mg |
| Crogiolo | Concavus® Al, coperchio forato |
| Sensore | TGA-DSC Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp, tipo S |
| Forno | SiC |
| Programma di temperatura | Da RT a 600°C |
| Velocità di riscaldamento | 10 K/min |
| Atmosfera di gas | Argon |
| Flusso di gas | 70 ml/min |
Risultati della misurazione
I risultati TGA-DSC sono illustrati nella figura 1. La curva di perdita di massa mostra due fasi di 1,1% e 81,7%. La prima fase di perdita di massa può essere presumibilmente attribuita al rilascio di umidità. La seconda fase di perdita di massa è dovuta alla Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione del LiAsF6. Due effetti endotermici con temperature di picco di 122,8°C e 497,7°C ed entalpie di 25,18 J/g e 337 J/g possono essere rilevati dalla curva DSC; questi sono correlati alle fasi di perdita di massa. Inoltre, alla temperatura di 265°C, è possibile identificare una Transizioni di faseIl termine transizione di fase (o cambiamento di fase) è più comunemente usato per descrivere le transizioni tra gli stati solido, liquido e gassoso. transizione di fase solido-solido reversibile di LiAsF6 che passa dalla fase romboedrica a quella cubica1.
1Gavrichev, K.S., Sharpataya, G.A., Gorbunov, V.E. et al. Proprietà termodinamiche e Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione dell'esafluoroarsenato di litio, LiAsF6. Inorganic Materials 39, 175-182 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1022102914631
Sintesi
La caratterizzazione degli effetti energetici e della Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione dell'elettrolita della batteria LiAsF6 è stata effettuata con successo utilizzando l'analisi termica simultanea. Grazie alla possibilità di effettuare la preparazione del campione e la misurazione STA all'interno di una camera a guanti, è stato possibile misurare con successo anche materiali che altrimenti reagirebbero con l'atmosfera circostante, come il materiale LiAsF6 analizzato. Sulla base dei dati ottenuti, si può notare che il LiAsF6 rimane stabile fino alla trasformazione di fase solido-solido a circa 265°C. A temperature superiori a 300°C, il materiale si decompone in condizioni di inerzia. Queste informazioni forniscono ulteriori conoscenze riguardo a potenziali rischi come il surriscaldamento e la Fuga termicaUna fuga termica è la situazione in cui un reattore chimico è fuori controllo rispetto alla produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione chimica stessa. La simulazione di una fuga termica viene solitamente effettuata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo la calorimetria accelerata (ARC).fuga termica.
Tutti gli strumenti NETZSCH possono essere utilizzati in una camera a guanti, consentendo l'analisi di materiali sensibili alle condizioni ambientali o con proprietà tossiche. Utilizzando una glovebox, tali materiali possono essere trattati e analizzati in condizioni controllate, isolati dall'ambiente circostante. Ciò consente di ottenere risultati sperimentali che non sarebbero possibili senza queste misure di protezione, in quanto il materiale mantiene le sue proprietà e la sicurezza umana è garantita.