Введение
Электролиты для аккумуляторов играют важнейшую роль в накоплении энергии и являются неотъемлемым компонентом современных аккумуляторных технологий. Эти вещества обеспечивают поток ионов между электродами, что необходимо для зарядки и разрядки аккумулятора. В последние годы исследования в области электролитов для аккумуляторов позволили добиться значительного прогресса в повышении эффективности, безопасности и срока службы батарей. С учетом растущего значения электромобилей и возобновляемых источников энергии понимание и совершенствование электролитов имеет ключевое значение для устойчивого энергетического будущего.
Однако необходимо учитывать и исследовать такие опасные факторы, как перегрев или тепловой разряд. Термический анализ дает представление о тепловых свойствах, таких как фазовый переход или разложение, этих материалов.
Широко используемый гексафторарсенат лития (LiAsF6), представляющий собой многочисленные электролиты для аккумуляторов, был исследован на предмет калорических эффектов и изменения массы с помощью одновременного термического анализа.
Условия измерения
Из-за гигроскопичности LiAsF6 образец готовился в перчаточном боксе под аргоном, чтобы предотвратить поглощение материалом воды. Измерения STA также проводились в перчаточном боксе, очищенном аргоном. Подробные параметры измерений приведены в таблице 1.
Таблица 1: Параметры измерений, используемые для инспектирования с помощью STA 449 Jupiter®
| Параметр | Образец LiAsF6 |
|---|---|
| Вес образца | 12.1 мг |
| Крюсиль | Concavus® Al, крышка с проколом |
| Датчик | TGA-DSC Удельная теплоемкость (cp)Теплоемкость - это специфическая для каждого материала физическая величина, определяемая количеством тепла, подведенного к образцу, деленным на полученное повышение температуры. Удельная теплоемкость относится к единице массы образца.cp, тип S |
| Печь | SiC |
| Температурная программа | От RT до 600°C |
| Скорость нагрева | 10 К/мин |
| Газовая атмосфера | Аргон |
| Расход газа | 70 мл/мин |
Результаты измерений
Результаты ТГА-ДСК представлены на рисунке 1. Кривая потери массы показывает два этапа - 1,1 % и 81,7 %. Первый шаг потери массы можно предположительно объяснить выделением влаги. Второй шаг потери массы связан с разложением LiAsF6. На кривой ДСК можно обнаружить два эндотермических эффекта с пиковыми температурами 122,8°C и 497,7°C и энтальпиями 25,18 Дж/г и 337 Дж/г; они коррелируют с этапами потери массы. Кроме того, при температуре 265°C был обнаружен обратимый фазовый переход LiAsF6 из ромбоэдрической фазы в кубическую1.
1ГавричевК.С., Шарпатая Г.А., Горбунов В.Е. и др. Термодинамические свойства и разложение гексафторарсената лития LiAsF6. Неорганические материалы 39, 175-182 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1022102914631
Резюме
Характеристика энергетических эффектов и разложения электролита батареи LiAsF6 была успешно проведена с помощью одновременного термического анализа. Благодаря возможности проводить пробоподготовку и STA-измерения в перчаточном боксе, можно успешно измерять даже те материалы, которые в противном случае вступают в реакцию с окружающей атмосферой, как, например, исследуемый материал LiAsF6. На основании полученных данных видно, что LiAsF6 остается стабильным до фазового превращения твердое тело при температуре около 265°C. При температурах выше 300°C материал разлагается в инертных условиях. Эта информация позволяет получить дополнительные сведения о потенциальных опасностях, таких как перегрев и тепловой выброс.
Все приборы NETZSCH могут работать в перчаточном боксе, что позволяет анализировать материалы, чувствительные к условиям окружающей среды или обладающие токсичными свойствами. Использование перчаточного бокса позволяет обрабатывать и анализировать такие материалы в контролируемых условиях, изолированных от окружающей среды. Это позволяет получить экспериментальные результаты, которые были бы невозможны без этих защитных мер, поскольку материал сохраняет свои свойства при обеспечении безопасности человека.