Introducere
Electroliții pentru baterii joacă un rol crucial în stocarea energiei și sunt o componentă esențială a tehnologiilor moderne de baterii. Aceste substanțe permit fluxul de ioni între electrozi, ceea ce este esențial pentru încărcarea și descărcarea bateriei. În ultimii ani, cercetarea în domeniul electroliților pentru baterii a înregistrat progrese semnificative în vederea îmbunătățirii eficienței, siguranței și duratei de viață a bateriilor. Având în vedere importanța tot mai mare a vehiculelor electrice și a energiei regenerabile, înțelegerea și progresul electroliților este esențială pentru un viitor energetic durabil.
Cu toate acestea, trebuie luate în considerare și investigate pericole precum supraîncălzirea sau Runaway termicRunaway-ul termic este situația în care un reactor chimic este scăpat de sub control în ceea ce privește producția de temperatură și/sau presiune cauzată de reacția chimică în sine. Simularea unei scăpări de sub control termic se realizează, de obicei, cu ajutorul unui dispozitiv calorimetric conform metodei calorimetriei accelerate (ARC).scăparea de sub control termic. Analiza termică oferă o perspectivă asupra proprietăților termice ale acestor materiale, cum ar fi tranziția de fază sau descompunerea.
Reprezentând numeroșii electroliți ai bateriilor, hexafluoroarsenatul de litiu (LiAsF6), utilizat pe scară largă, a fost examinat în ceea ce privește efectele calorice și modificările de masă, utilizând analiza termică simultană.
Condiții de măsurare
Datorită proprietăților higroscopice ale LiAsF6, eșantionul a fost preparat în cutia cu mănuși sub argon pentru a preveni absorbția apei de către material. Măsurarea STA a fost, de asemenea, efectuată într-o cutie de mănuși purjată cu argon. Parametrii de măsurare detaliați pot fi găsiți în tabelul 1.
Tabelul 1: Parametrul de măsurare utilizat pentru investigarea cu STA 449 Jupiter®
| Parametru | Eșantion LiAsF6 |
|---|---|
| Greutatea eșantionului | 12.1 mg |
| Creuzet | Concavus® Al, capac găurit |
| Senzor | TGA-DSC Capacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp, tip S |
| Cuptor | SiC |
| Program de temperatură | RT până la 600°C |
| Rata de încălzire | 10 K/min |
| Atmosferă de gaz | Argon |
| Debit de gaz | 70 ml/min |
Rezultatele măsurătorilor
Rezultatele TGA-DSC sunt prezentate în figura 1. Curba pierderilor de masă prezintă două etape de 1,1% și 81,7%. Primul pas de pierdere în masă poate fi atribuit, probabil, eliberării de umiditate. A doua etapă de pierdere în masă se datorează descompunerii LiAsF6. Două efecte EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermice cu temperaturi de vârf de 122,8°C și 497,7°C și entalii de 25,18 J/g și 337 J/g pot fi detectate din curba DSC; acestea sunt corelate cu etapele de pierdere a masei. În plus, la o temperatură de 265°C, poate fi identificată o tranziție reversibilă de fază solidă-solidă a LiAsF6 care trece de la faza romboedrică la cea cubică1.
1Gavrichev, K.S., Sharpataya, G.A., Gorbunov, V.E. et al. Proprietăți termodinamice și descompunerea hexafluoroarsenatului de litiu, LiAsF6. Inorganic Materials 39, 175-182 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1022102914631
Rezumat
Caracterizarea efectelor energetice și a descompunerii electrolitului LiAsF6 pentru baterii a fost realizată cu succes utilizând analiza termică simultană. Datorită capacității de a efectua pregătirea probei și măsurarea STA în interiorul unei cutii cu mănuși, chiar și materialele care altfel ar reacționa cu atmosfera înconjurătoare - cum ar fi materialul LiAsF6 investigat - pot fi măsurate cu succes. Pe baza datelor obținute, se poate observa că LiAsF6 rămâne stabil până la transformarea fazei solid-solid la aproximativ 265°C. La temperaturi de peste 300°C, materialul se descompune în condiții inerte. Aceste informații oferă cunoștințe suplimentare cu privire la pericolele potențiale, cum ar fi supraîncălzirea și scăparea termică.
Toate instrumentele NETZSCH pot fi utilizate într-o cutie de mănuși, permițând analiza materialelor sensibile la condițiile de mediu sau cu proprietăți toxice. Prin utilizarea unei cutii cu mănuși, astfel de materiale pot fi prelucrate și analizate în condiții controlate, izolate de mediul înconjurător. Acest lucru permite obținerea de rezultate experimentale care nu ar fi posibile fără aceste măsuri de protecție, materialul păstrându-și proprietățile, în timp ce siguranța oamenilor este asigurată.