08.05.2023 by Aileen Sammler
Het belang van kunststoffen voor de energieopslagfunctie van batterijen
Kunststoffen worden al tientallen jaren op grote schaal gebruikt in de auto-industrie en worden ook steeds meer toegepast in batterijen: Ze worden al vanaf het begin gebruikt voor behuizingen, kabels en connectoren, maar met hun toegenomen gebruik in energieopslag zijn ze nu een cruciaal element in de opkomst van e-mobiliteit.
De rol van kunststoffen in energieopslag
De materialen en constructieprincipes die in batterijen worden gebruikt, bepalen in de eerste plaats hun energieopslagfunctie. Kunststoffen spelen hierbij een belangrijke rol, ook al kunnen ze niet rechtstreeks als elektrische geleiders worden gebruikt. Ze worden in de constructie van batterijen gebruikt als isolator, scheidingsmateriaal, behuizing en elektrolytmembraan, wat bijdraagt aan een verhoogde chemische stabiliteit en levensduur van de batterij en zorgt voor veilige en efficiënte prestaties.
Een voorbeeld zijn lithium-ionbatterijen, die worden gebruikt in talloze toepassingen zoals smartphones, laptops, elektrische voertuigen en energieopslagsystemen. Kathodes en anodes van lithium-ionbatterijen worden vaak gecoat met kunststof om isolatie en langdurige bescherming tegen ongewenste chemische reacties en corrosie te garanderen. In de mobiliteitssector zijn de vereisten ook gericht op Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit.
Er worden verschillende kunststoffen gebruikt in batterijen, die elk verschillende opslagfuncties vervullen. Hieronder geven we een overzicht van de belangrijkste kunststoffen en hun functies:
Thermische analyseapparatuur en reometers van NETZSCH helpen bij het bepalen van de ideale eigenschappen van kunststoffen voor gebruik in batterijen
Hier volgen enkele voorbeelden:
Thermische analyse wordt gebruikt om de thermische eigenschappen van kunststoffen te karakteriseren, zoals Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur, glasovergangstemperatuur, KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie en Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid. De Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur bijvoorbeeld, die kan worden gemeten met differential scanning calorimetrie (DSC), speelt een belangrijke rol bij de ontwikkeling van batterijseparatoren. Als de separator bij hoge temperaturen smelt en de elektroden kortsluiten, kan dit leiden tot een thermische reactie en een verhoging van de bedrijfstemperatuur van de batterij. Een verhoging van de bedrijfstemperatuur kan de prestaties en de levensduur van de batterij beïnvloeden door de chemische reacties binnen de batterij te versnellen en de afbraak van elektrolyten te versnellen.
Thermogravimetrische analyse (TGA) wordt gebruikt om de stabiliteit van kunststoffen te testen bij verhoogde temperaturen in hun werkbereik.
Dynamische mechanische analyse (DMA) kan worden gebruikt om de prestaties op lange termijn bij kamertemperatuur of hogere temperaturen te voorspellen.
Reologische studies helpen bij het bepalen van de ideale eigenschappen van kunststoffen voor gebruik in batterijen. Door het vloeigedrag van materialen te analyseren, kunnen viscositeit, elasticiteit en plasticiteit van kunststoffen worden gekarakteriseerd. Viscositeit is bijvoorbeeld essentieel bij de ontwikkeling van coatings voor elektrodes, omdat het beïnvloedt hoe gelijkmatig de coating wordt aangebracht en hoe goed deze hecht.
Batterijtoepassingen door NETZSCH Analyseren & Testen
Met een uitgebreid productportfolio van thermische analyse-instrumenten en reometers van NETZSCH Analyzing and Testing, ondersteunen wij u bij het bepalen en selecteren van de perfecte materialen voor gebruik in uw batterij. Onze experts hebben tientallen jaren ervaring en zullen samen met u de juiste oplossing vinden voor uw individuele toepassing.
