Технология термического анализа в разработке аккумуляторных материалов

О нас

Hitachi Analytical Instruments (Shanghai) Co., Ltd

Электронная почта
hha.contact@hitachi-hightech.com
Телефон
Адрес
1601 - 1609, улица Лиань, район Минхан, Шанхай

Дата:2025-08-29Читать:0

Литий - ионные батареи (LIB) и водородные топливные элементы (HFC) способствуют переходу на более чистую энергию, обеспечивая электроэнергией все сферы от электромобилей до промышленных применений. Эти технологии имеют решающее значение для обеспечения устойчивого энергоснабжения. Ожидается, что спрос на аккумуляторы будет расти во всем мире. В 2020 году аккумуляторы аккумуляторов по всему миру могут обеспечить 185 миллионов домов электроэнергией в течение часа. Ожидается, что к 2030 году эта цифра вырастет до более чем 2 миллиардов домохозяйств, или более чем в 10 раз. Растущий спрос на хранение энергии в личных автомобилях, коммерческих грузовиках и общественном транспорте привел к резкому росту глобального спроса на батареи, в результате чего исследования и разработки материалов для батарей стали более важными, чем когда - либо прежде.

Несмотря на некоторые достижения, технологии литий - ионных и топливных элементов по - прежнему сталкиваются с проблемами. К ним относятся проблемы безопасности и надежности, устойчивости, извлечения сырья, ограниченного срока службы и длительного заряда. В настоящее время основное внимание уделяется разработке новых конфигураций материалов, которые отвечают более высокой плотности заряда и обеспечивают более высокую тепловую стабильность, более высокую устойчивость и более доступные цены. Это означает, что разработка аккумуляторов и топливных элементов следующего поколения откроет огромные возможности для развития, и к 2024 году инвестиции в аккумуляторные батареи превысят 50 миллиардов долларов США.

Разработка сфокусированных материалов

Разработка новых технологий часто требует незначительных, но важных улучшений существующих материалов. Например, исследователи пытаются использовать различные оксиды переходных металлов лития в качестве положительного материала для батарей, уделяя особое внимание их наноструктуре и оптимизации процесса подготовки.

Во многих исследованиях в этой области исследователям необходимо внести небольшие корректировки в материал, а затем посмотреть, как эти тонкие корректировки влияют на основные свойства материала. Именно здесь технология термического анализа (TA) играет ключевую роль.

Анализ характеристик материалов с использованием методов термического анализа

Материально - термический анализ охватывает широкий спектр и позволяет измерять различные свойства с помощью различных приборов. Например:

Дифференциальный сканирующий термометрический метод (DSC)Ключевые параметры свойств материала измеряются путем измерения теплового потока, включая такие характеристики, как преобразование стекла, плавление, кристаллизация, теплоемкость, кристаллизация и термостабильность, которые имеют решающее значение для исследований и разработок диафрагмы и электролитов.
Теплотяжелый анализ (TGA)Предоставляется важная информация о содержании влаги в инертной и окислительной среде, остаточных растворителях, содержании компонентов, высвобождаемых при определенных температурах, и тепловой стабильности, которая имеет ключевое руководящее значение для разработки компонентов батареи.
Синхронный термогравиметрический анализ (STA)В то же время, в сочетании с дифференциальным сканированием теплового метода (DSC) и технологии теплового анализа (TGA), можно синхронизировать тепловой поток и изменения веса, чтобы обеспечить полный анализ тепловых поведенческих характеристик материала батареи.
Термомеханический анализ (TMA)Измерение теплового расширения и усадки материала при различных температурах имеет решающее значение для оценки диафрагмы батареи.
Динамический термомеханический анализ (DMA)Измерение вязких свойств материала на разных частотах имеет решающее значение для исследования материала батареи.

Эти технологии помогают исследователям понять и улучшить материалы батарей

Пример дифференциального сканирования теплового метода (DSC) поведения тепловыделяющей сборки батареи

На рисунке ниже показано, как с помощью DSC измеряется тепловое поведение электролита и положительного материала, чтобы определить его тепловую стабильность.

Синхронный термогравиметрический анализ (STA) и Real View ® Пример проверки термической устойчивости диафрагмы

Испытания тепловой устойчивости чистой полиэтиленовой диафрагмы с использованием STA показали, что тепловое разложение происходит при 450 °C. Из - за небольшого качества образца (0056 мг) наблюдались незначительные фоновые колебания. Real View ® Изображения подтверждают, что во время измерений эти колебания были вызваны перемещением материала по диску образца и изменением формы.

Примеры термомеханического анализа (TMA) для сравнения термодинамической расширяемости различных диафрагм

На диаграмме TMA показано тепловое расширение различных диафрагм под действием натяжения. Чистая полиэтиленовая диафрагма (зеленая) расширяется и сжимается больше всего, а диафрагма с покрытием из оксида алюминия (красная) расширяется и сжимается меньше всего. Диафрагма с аралоновым покрытием (голубая) имеет самую высокую температуру усадки, что указывает на ее способность поддерживать форму лучше, чем две другие диафрагмы.

Проверка материалов на примеси

Присутствие определенных примесей может привести к искажению результатов, что приведет к непоследовательности результатов и аномальным свойствам материала. Теплоанализ может показать, есть ли другие материалы в образцах полимеров, и поскольку тепловые свойства этих материалов похожи на отпечатки пальцев, они могут точно предоставить информацию о других материалах.

заключение

Прогресс в области аккумуляторных материалов имеет решающее значение для будущего устойчивого развития энергетики. Используя технологию термического анализа, производители могут разрабатывать материалы, которые отвечают строгим требованиям, предъявляемым современными приложениями, обеспечивая безопасность, надежность и эффективность. Технология термического анализа может обеспечить критическое понимание характеристик материала, помочь операторам оптимизировать производственные процессы, улучшить качество продукции и снизить затраты. Инвестирование в современные инструменты термического анализа не только стимулирует инновации, но и дает производителям конкурентные преимущества в быстро развивающемся энергетическом секторе.

Узнайте о наших термоанализаторах.

Продукты серии DSC, STA, DMA и TMA для приборов японского анализа могут точно отображать тепловую стабильность материала в процессе разработки. Наш уникальный Real View ® Система наблюдения за образцами позволяет в реальном времени отображать изменения в материалах в ходе эксперимента.

Последняя статья:

Следующая статья:TA FAQs [11] Как читать температуру стеклования с помощью TMA?