Introdução
Os eletrólitos de bateria desempenham um papel fundamental no armazenamento de energia e são um componente essencial das modernas tecnologias de bateria. Essas substâncias permitem o fluxo de íons entre os eletrodos, o que é essencial para carregar e descarregar a bateria. Nos últimos anos, a pesquisa sobre eletrólitos de baterias fez um progresso significativo para melhorar a eficiência, a segurança e a vida útil das baterias. Com a crescente importância dos veículos elétricos e da energia renovável, a compreensão e o avanço dos eletrólitos são fundamentais para um futuro energético sustentável.
No entanto, riscos como superaquecimento ou Fuga térmicaO descontrole térmico é a situação em que um reator químico fica fora de controle em relação à produção de temperatura e/ou pressão causada pela própria reação química. A simulação de um descontrole térmico geralmente é realizada usando um dispositivo de calorímetro de acordo com a calorimetria de taxa acelerada (ARC).fuga térmica precisam ser considerados e investigados. A análise térmica fornece informações sobre as propriedades térmicas, como Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transição de fase ou Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição, desses materiais.
Representando os vários eletrólitos de bateria, o hexafluoroarsenato de lítio (LiAsF6), amplamente utilizado, foi examinado quanto aos efeitos calóricos e às alterações de massa usando análise térmica simultânea.
Condições de medição
Devido às propriedades higroscópicas do LiAsF6, a amostra foi preparada no porta-luvas sob argônio para evitar que o material absorvesse água. A medição da STA também foi realizada em um porta-luvas purgado com argônio. Os parâmetros detalhados de medição podem ser encontrados na tabela 1.
Tabela 1: Parâmetro de medição usado para a investigação com o STA 449 Jupiter®
| Parâmetro | Amostra LiAsF6 |
|---|---|
| Peso da amostra | 12.1 mg |
| Cadinho | Concavus® Al, tampa perfurada |
| Sensor | TGA-DSC Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade de calor específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp, tipo S |
| Forno | SiC |
| Programa de temperatura | RT a 600°C |
| Taxa de aquecimento | 10 K/min |
| Atmosfera de gás | Argônio |
| Fluxo de gás | 70 ml/min |
Resultados da medição
Os resultados da TGA-DSC são mostrados na figura 1. A curva de perda de massa mostra duas etapas de 1,1% e 81,7%. A primeira etapa de perda de massa pode ser atribuída à liberação de umidade. A segunda etapa de perda de massa é devida à Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição do LiAsF6. Dois efeitos endotérmicos com temperaturas de pico de 122,8 °C e 497,7 °C e entalpias de 25,18 J/g e 337 J/g podem ser detectados na curva DSC; eles se correlacionam com as etapas de perda de massa. Além disso, a uma temperatura de 265 °C, é possível identificar uma transição reversível de fase sólido-sólido do LiAsF6, que muda da fase romboédrica para a cúbica1.
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
Resumo
A caracterização dos efeitos energéticos e a Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição do eletrólito da bateria LiAsF6 foram realizadas com sucesso usando a análise térmica simultânea. Graças à capacidade de realizar a preparação da amostra e a medição de STA dentro de um porta-luvas, até mesmo materiais que, de outra forma, reagiriam com a atmosfera circundante - como o material LiAsF6 investigado - podem ser medidos com sucesso. Com base nos dados obtidos, pode-se observar que o LiAsF6 permanece estável até a transformação de fase sólido-sólido a cerca de 265°C. Em temperaturas acima de 300°C, o material se decompõe em condições inertes. Essas informações fornecem conhecimento adicional com relação aos possíveis riscos, como superaquecimento e Fuga térmicaO descontrole térmico é a situação em que um reator químico fica fora de controle em relação à produção de temperatura e/ou pressão causada pela própria reação química. A simulação de um descontrole térmico geralmente é realizada usando um dispositivo de calorímetro de acordo com a calorimetria de taxa acelerada (ARC).fuga térmica.
Todos os instrumentos do NETZSCH podem ser operados em um porta-luvas, permitindo a análise de materiais sensíveis a condições ambientais ou com propriedades tóxicas. Ao usar um porta-luvas, esses materiais podem ser processados e analisados sob condições controladas, isolados do ambiente ao redor. Isso permite a obtenção de resultados experimentais que não seriam possíveis sem essas medidas de proteção, pois o material mantém suas propriedades e a segurança humana é garantida.