Высокоточное аналитическое оборудование
(отдел продаж)
(сервисный отдел)

Использование газовой пикнометрии для определения кристалличности компонентов батареи

Использование газовой пикнометрии для определения кристалличности компонентов батареи

Ключевые слова: батареи, катоды, аноды, кристалличность, плотность, пикнометрия

Кристалличность порошковых катодных и анодных компонентов батареи играет ключевую роль в свойствах, относящихся к переносу электродов. Газовая пикнометрия может использоваться для оценки скелетной плотности этих компонентов, которая затем может быть соотнесена с кристалличностью. Для решения этой задачи, чтобы определить относительную кристалличность, требуются исключительно точные измерения объема, как, например, выполняемые с использованием прибора Ultrapyc 5000.

1 Введение

Усовершенствование электродных компонентов батареи для достижения более быстрого и эффек-тивного переноса энергии – важная часть научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области материалов для батарей. В частности, кристалличность – критически важное свойство твердых компонентов электродов батареи, так как она делает возможным эффективное прохождение ионов через анод и катод вместо их замедления в аморфных средах. Чем выше кристалличность анодного и катодного компонента, тем эффективнее перенос электронов через эти компоненты и между ними.

Кристалличность влияет на объем материала, а степень кристалличности можно определить, ис-пользуя метод, позволяющий измерить скелетный объем, например, метод газовой пикнометрии. Масса образца и его измеренный скелетный объем используются для вычисления скелетной плотности. Таким образом, скелетная плотность коррелирует с кристалличностью материала: чем выше скелетная плот-ность, тем более кристалличным является материал. Если известны скелетные плотности полностью аморфных и полностью кристаллических образований, то можно также вычислить процент кристалличности данного образца.

2 Измерение плотности

Во многих случаях различия в скелетной плотности между материалами разной кристалличности могут быть незначительными. Чтобы достоверно обнаружить небольшие изменения или различия в кристалличности между образцами, использовался прибор Ultrapyc 5000 со встроенной схемой кон-троля температуры на основе эффекта Пельтье. Контроль температуры критически важен, когда ожи-даются лишь небольшие различия в плотности. Чтобы проиллюстрировать использование Ultrapyc 5000 для этой задачи, были выполнены измерения на нескольких промышленных материалах для угольных электродов с возрастающей кристалличностью.

Таблица 1: Рекомендуемые параметры измерений
Параметр Настройка
Размер ячейки Средний (с неотмучивающей крышкой)
Тип газа Гелий
Заданное давление 17 фунтов/кв. дюйм
Режим направления потока Сначала - образец
Уравновешивание Давление
Режим подготовки Поток, 3 минуты
Максимальное количество запусков 10
Запуски для усреднения 3

В связи с пористым характером используемых электродных углей образцы подвергались вакуумной дегазации в течение 3 часов при комнатной температуре на внешнем дегазаторе, прежде чем их переносили в ячейку прибора, предназначенную для образца. Параметры эксперимента, применявшиеся для этих измерений, приведены в таблице 1.

Размер ячейки зависит от количества имеющегося образца для измерения. В данном примере ис-пользовались неотмучивающие крышки ячеек в направлении расширения «сначала образец», но для мелких порошков может также использоваться режим «защиты порошка» (направление расширения «сначала эталон») в стандартных ячейках, при этом крышка не требуется.

Температура прибора Ultrapyc 5000 контролировалась на уровне 25ºC. Результаты для трех повтор-ных измерений плотности на каждом из трех образцов приведены в таблице 2.

Таблица 2: Измерения плотности угля
Образец Плотность, г/см3 Повторяемость, %
Запуск 1 Запуск 2 Запуск 3 Среднее
1 2,120 2,114 2,118 2,117 0,11
2 2,138 2,139 2,139 2,139 0,02
3 2,144 2,158 2,154 2,152 0,27

3 Обсуждение

Данные, приведенные в таблице 2, показывают, что плотность может измеряться с отличной повто-ряемостью, менее 1% для всех образцов. Если сравнить три образца, то плотность возрастает от образ-ца 1 к образцу 2 и затем к образцу 3. Известно, что рост кристалличности коррелирует с ростом скелет-ной плотности, поэтому образец 3 – наиболее кристалличный из этих трех образцов электродного угля. Чем выше кристалличность, тем более эффективен этот материал для переноса электродов, что делает образец 3 наилучшим для анода батареи.

Прибор Ultrapyc 5000 идеально подходит для измерения плотности компонентов батарей

4 Выводы

Прибор Ultrapyc 5000 идеально подходит для измерения плотности компонентов батарей. Высоко-точные и повторяемые измерения обеспечивают возможность простого и достоверного выявления не-больших различий в кристалличности компонентов. Точные измерения скелетной плотности позволяют исследователям быстро оценивать это свойство материала и определять новые материалы в качестве подходящих кандидатов для использования в компонентах батарей.


Все поля, обозначенные звездочкой *, обязательны для заполнения
(0)