Wprowadzenie
Elektrolity akumulatorowe odgrywają kluczową rolę w magazynowaniu energii i są niezbędnym składnikiem nowoczesnych technologii akumulatorowych. Substancje te umożliwiają przepływ jonów między elektrodami, co jest niezbędne do ładowania i rozładowywania akumulatora. W ostatnich latach badania nad elektrolitami akumulatorowymi poczyniły znaczne postępy w kierunku poprawy wydajności, bezpieczeństwa i żywotności akumulatorów. Wraz z rosnącym znaczeniem pojazdów elektrycznych i energii odnawialnej, zrozumienie i rozwój elektrolitów ma kluczowe znaczenie dla zrównoważonej przyszłości energetycznej.
Należy jednak wziąć pod uwagę i zbadać zagrożenia, takie jak przegrzanie lub Rozbieg termicznyUcieczka termiczna to sytuacja, w której reaktor chemiczny wymyka się spod kontroli w odniesieniu do wytwarzania temperatury i/lub ciśnienia spowodowanego samą reakcją chemiczną. Symulacja ucieczki termicznej jest zwykle przeprowadzana przy użyciu urządzenia kalorymetrycznego zgodnie z kalorymetrią przyspieszoną (ARC).ucieczka termiczna. Analiza termiczna zapewnia wgląd we właściwości termiczne, takie jak przemiana fazowa lub Reakcja rozkładuReakcja rozkładu to wywołana termicznie reakcja związku chemicznego tworząca produkty stałe i/lub gazowe. rozkład tych materiałów.
Reprezentujący liczne elektrolity akumulatorowe, szeroko stosowany heksafluoroarsenian litu (LiAsF6) został zbadany pod kątem efektów kalorycznych i zmian masy przy użyciu jednoczesnej analizy termicznej.
Warunki pomiaru
Ze względu na higroskopijne właściwości LiAsF6, próbka została przygotowana w komorze rękawicowej pod argonem, aby zapobiec absorpcji wody przez materiał. Pomiar STA został również przeprowadzony w komorze rękawicowej oczyszczonej argonem. Szczegółowe parametry pomiaru można znaleźć w tabeli 1.
Tabela 1: Parametr pomiarowy użyty do badania z STA 449 Jupiter®
| Parametr | Próbka LiAsF6 |
|---|---|
| Masa próbki | 12.1 mg |
| Tygiel | Concavus® Al, przebita pokrywa |
| Czujnik | TGA-DSC Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp, typ S |
| Piec | SiC |
| Program temperatury | RT do 600°C |
| Szybkość ogrzewania | 10 K/min |
| Atmosfera gazowa | Argon |
| Przepływ gazu | 70 ml/min |
Wyniki pomiarów
Wyniki TGA-DSC przedstawiono na rysunku 1. Krzywa ubytku masy pokazuje dwa etapy 1,1% i 81,7%. Pierwszy etap utraty masy można przypuszczalnie przypisać uwalnianiu wilgoci. Drugi etap utraty masy jest spowodowany rozkładem LiAsF6. Dwa efekty endotermiczne z temperaturami szczytowymi 122,8°C i 497,7°C oraz entalpiami 25,18 J/g i 337 J/g można wykryć na podstawie krzywej DSC; korelują one z etapami utraty masy. Poza tym, w temperaturze 265°C można zidentyfikować odwracalne Przejścia fazoweTermin przejście fazowe (lub zmiana fazy) jest najczęściej używany do opisania przejść między stanem stałym, ciekłym i gazowym. przejście fazowe LiAsF6 z fazy romboedrycznej do sześciennej1.
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
Podsumowanie
Charakterystyka efektów energetycznych i rozkładu elektrolitu akumulatorowego LiAsF6 została pomyślnie przeprowadzona przy użyciu jednoczesnej analizy termicznej. Dzięki możliwości przeprowadzenia przygotowania próbki i pomiaru STA w komorze rękawicowej, nawet materiały, które w przeciwnym razie reagowałyby z otaczającą atmosferą - takie jak badany materiał LiAsF6 - mogą być z powodzeniem mierzone. Na podstawie uzyskanych danych można zauważyć, że LiAsF6 pozostaje stabilny aż do przemiany fazowej ciało stałe-ciało stałe w temperaturze około 265°C. W temperaturach powyżej 300°C materiał rozkłada się w warunkach obojętnych. Informacje te dostarczają dodatkowej wiedzy w odniesieniu do potencjalnych zagrożeń, takich jak przegrzanie i Rozbieg termicznyUcieczka termiczna to sytuacja, w której reaktor chemiczny wymyka się spod kontroli w odniesieniu do wytwarzania temperatury i/lub ciśnienia spowodowanego samą reakcją chemiczną. Symulacja ucieczki termicznej jest zwykle przeprowadzana przy użyciu urządzenia kalorymetrycznego zgodnie z kalorymetrią przyspieszoną (ARC).ucieczka termiczna.
Wszystkie instrumenty NETZSCH mogą być obsługiwane w komorze rękawicowej, umożliwiając analizę materiałów, które są wrażliwe na warunki środowiskowe lub mają właściwości toksyczne. Dzięki zastosowaniu komory rękawicowej, takie materiały mogą być przetwarzane i analizowane w kontrolowanych warunkach, odizolowanych od otaczającego środowiska. Pozwala to na uzyskanie wyników eksperymentalnych, które nie byłyby możliwe bez tych środków ochronnych, ponieważ materiał zachowuje swoje właściwości, przy jednoczesnym zapewnieniu bezpieczeństwa ludzi.