Phân tích than chì trong pin Lithium Ion

Sản xuất pin lithium ion

Trong ba thập kỷ qua, pin lithium ion đã cách mạng hóa ngành năng lượng với trọng lượng nhẹ hơn, thời gian sạc lâu hơn và khả năng hoạt động tốt hơn trong các điều kiện khắc nghiệt so với pin niken-cadmium trước đây. Thành phần chính của pin lithium-ion là than chì, vật liệu chính được sử dụng cho một trong hai điện cực được gọi là cực dương.

Khi pin được sạc, các ion lithium sẽ di chuyển từ cực âm đến cực dương thông qua chất đệm điện phân ngăn cách hai điện cực này. Quá trình này sau đó được đảo ngược khi pin xả năng lượng. Trong khi có thể sử dụng nhiều vật liệu khác nhau để làm cực âm, thì than chì là vật liệu được sử dụng cho hầu hết các cực dương, nhờ vào sự phong phú, chi phí thấp và tuổi thọ dài. Tuổi thọ chu kỳ đề cập đến thời gian pin có thể sạc và góp phần vào những tiến bộ công nghệ.

Tại sao than chì được sử dụng trong pin?

Khi các ngành công nghiệp trên toàn cầu nỗ lực tạo ra pin lithium-ion hiệu suất cao hơn để cung cấp năng lượng từ xe điện đến các trạm lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện, than chì đóng vai trò ngày càng quan trọng. Than chì tự nhiên thường chứa các mảnh cần được chuyển đổi thành dạng hình cầu trước khi chúng có thể được sử dụng làm vật liệu cực dương. Ngoài ra, than chì tổng hợp có thể được sản xuất theo quy trình được kiểm soát để đảm bảo chất lượng ổn định. Việc sản xuất than chì tổng hợp chất lượng cao đòi hỏi nhiệt độ lên tới 3000°C.

Việc tối ưu hóa hình thái của than chì cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra cực dương có công suất và nguồn năng lượng cao hơn, tổn thất công suất không thể đảo ngược ở chu kỳ đầu tiên thấp hơn, tuổi thọ chu kỳ dài hơn và hiệu suất an toàn tốt hơn. Các hạt than chì hình cầu cho phép đóng gói hạt hiệu quả hơn, do đó làm tăng độ dẫn điện tổng thể. Sử dụng Kính hiển vi điện tử quét (SEM), các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu trực quan hình thái của các hạt. Kính hiển vi điện tử quét có độ phân giải cao hơn so với kính hiển vi quang học, do đó có thể sử dụng để quan sát chất bột màu đen như than chì tối ưu hơn.

Phân tích than chì trong pin lithium ion bằng SEM

Thông thường, các nhà nghiên cứu sẽ phải gửi mẫu của họ để phân tích đến các phòng thí nghiệm thử nghiệm với SEM đặt sàn vì không đủ chi phí. Hệ thống đặt sàn này không chỉ yêu cầu vận hành bởi chuyên gia được đào tạo mà việc việc thuê ngoài cho những phân tích này còn làm trì hoãn kết quả.

Bằng việc sử dụng Thermo Scientific Phenom XL Desktop SEM với tập lệnh Quét tự động chuyên dụng, các nhà nghiên cứu có thể cải thiện đáng kể thời gian thực hiện các loại thử nghiệm pin này. Phenom XL cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện các phân tích in-house mà không cần đào tạo nhiều.

Với tập lệnh Auto-Scan chuyên dụng, Phenom XL có thể tự động kiểm tra tới 36 mẫu cùng lúc, tạo ra hơn 200 hình ảnh trong vòng chưa đầy 30 phút. Phần mềm rất dễ sử dụng: người dùng xác định số lượng vị trí cần phân tích và mức phóng đại mong muốn ở tất cả các vị trí. Khi điều này được thực hiện, việc thu thập hình ảnh có thể được thực hiện qua đêm mà không cần giám sát, giảm đáng kể thời gian quay vòng đồng thời loại bỏ các biến thể về chất lượng hình ảnh thường gặp.

Phenom XL có thể tạo ra hình ảnh ở độ phân giải 10 nanomet, khiến nó trở thành công cụ lý tưởng để chụp ảnh các hạt than chì 20 micron. Hơn nữa, giao diện người dùng trực quan giúp giảm nhu cầu đào tạo, mở rộng những phân tích này tới nhiều người dùng hơn.

Khi các nhà khoa học trên toàn cầu nỗ lực cải thiện than chì cho cực dương của pin lithium-ion, Phenom XL Desktop SEM với tập lệnh Quét tự động chuyên dụng có thể tự động hóa công việc thử nghiệm lặp đi lặp lại cần thiết. Với khả năng mô tả nhanh chóng và chính xác các mẫu in-house, người dùng có thể đẩy nhanh quá trình R&D để thiết kế pin lithium-ion an toàn hơn, mạnh hơn và bền hơn.

Nguồn: https://www.thermofisher.com/blog/materials/analysis-of-graphite-for-lithium-ion-batteries/