Applicazioni

Le batterie agli ioni di litio devono essere completamente prive di acqua (concentrazione di H2O < 20 mg/kg), in quanto l'acqua reagisce con il sale conduttore, ad es., LiPF6, e forma acido fluoridrico.Mediante titolazione Karl Fischer coulometrica è possibile determinare in modo preciso e affidabile il contenuto d'acqua di molti materiali utilizzati nelle batterie agli ioni di litio. In questo Application Bulletin si descrive la determinazione dei seguenti materiali:materie prime per la produzione delle batterie agli ioni di litio (ad es., solventi per elettroliti, nero di carbonio/grafite); preparazioni per il rivestimento di elettrodi (sospensione) per il rivestimento di anodi e catodi; anodo rivestito e fogli catodici nonché nel foglio separatore e nel materiale combinato; elettroliti per le batterie agli ioni di litio;

Una batteria al nichel-metallo idruro (NiMH) è una batteria ricaricabile simile a una batteria al nichel-cadmio (NiCd), ma non con cadmio come anodo, ma con una lega che assorbe idrogeno. Il nichel è, come nelle batterie NiCd, il catodo. La tensione di uscita di tali pacchetti è direttamente proporzionale al numero di cellule individuali nel pacchetto. In alcuni casi, la tensione totale supera il massimo di 10 V, cosa che può essere misurata dai potenziostati/galvanostati Autolab. Al fine di creare e misurare tensioni superiori a 10 V abbiamo sviluppato un moltiplicatore di tensione che aumenta il range di tensione di Autolab.

Le batterie agli ioni di litio (Li-Ion) sono i principali accumulatori di energia sul mercato. Una tipica batteria agli ioni di litio di solito è costituita da una o più celle. La caratteristica delle celle e batterie agli ioni di litio sono la carica e scarica galvanostatica durante diversi cicli.

Questa Application Note descrive GITT, una tecnica chiave per studiare la cinetica, l'OCV e la diffusione delle batterie agli ioni di litio, utilizzando INTELLO per un controllo e un'analisi semplificati.

Durante la carica e la scarica di una batteria agli ioni di litio, questi migrano attraverso l'elettrolita da un elettrodo all'altro. È molto importante conoscere il coefficiente di diffusione chimica del materiale dell'elettrodo. La tecnica di titolazione potenziostatica intermittente (PITT) è uno dei metodi più impiegati per capire il coefficiente di diffusione del materiale dell'elettrodo attivo.

I componenti principali di una batteria sono gli elettrodi positivi e negativi, insieme all'elettrolita che fornisce solo la conducibilità ionica. Gli elettroliti più comuni si trovano allo stato liquido. Pertanto, occorre un separatore per garantire una separazione fisica tra gli elettrodi. Il separatore è immerso nell'elettrolita. Il numero di MacMullin è un parametro utilizzato per stabilire la qualità di un separatore, in termini di conducibilità ionica, quando immerso in un elettrolita. Il numero di MacMullin può essere calcolato utilizzando i risultati di due esperimenti EIS e i fattori geometrici delle celle di misura. In questa Application Note viene utilizzato un elettrolita commerciale insieme a un filtro poroso usato come separatore.

Le celle per batteria TSC e TSC SW closed sono sistemi compatti progettati per misurare materiali sensibili all'aria o all'umidità, quali i materiali usati nelle batterie ricaricabili. Queste celle offrono un'ambiente ben controllato per la misurazione a temperatura controllata di materiali solidi o in gel a contatto con elettrodi di metallo nella geometria planare. Con queste celle è possibile testare, ad esempio, materiali attivi delle batterie, elettroliti allo stato solido conduttori ionici e separatori della batteria. In questo esperimento vengono utilizzati resistori standard da 100 Ω in entrambe le celle per comprendere eventuali effetti della cella sulle misure.

Viene presentato il prodotto DuoCoin Cell Holder. Vengono eseguite misure EIS su una batteria a bottone commerciale. Vengono evidenziate le differenze di impedenza tra la configurazione a quattro terminali e la configurazione a due terminali, mettendo in evidenza l'importanza di avere una configurazione diretta a quattro terminali, quando si studiano i DUT a bassa impedenza.

In questa Application Note, si mostra come determinare il coefficiente di diffusione binaria di un elettrolita liquido binario di una batteria agli ioni di litio commerciale mediante il metodo di polarizzazione galvanostatica pulsata.

Questa Application Note presenta i dettagli sperimentali e una panoramica delle più importanti scoperte tratte dall'esperimento EIS e CV per lo studio della struttura dell'interfaccia di un elettrolita solido modello che si forma su un elettrodo GC dalla geometria planare a contatto con un elettrolita organico per batteria tipico.

In questa Application Note, si dimostra come stabilire la tortuosità interplanare τ di un materiale catodico per batterie agli ioni di litio commerciali, con porosità e spessore del rivestimento noti, con il metodo della spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS).

In questa Application Note, si dimostra come stabilire il numero di trasporto degli ioni di litio di un elettrolita liquido binario per batteria agli ioni di litio commerciale, con il metodo della spettroscopia di impedenza elettrochimica a frequenza molto bassa (VLF-EIS).

Nell'ambito della ricerca sulle batterie, la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) rappresenta uno strumento necessario per analizzare i processi che si verificano sugli elettrodi. Con una comune batteria a tre elettrodi, l'EIS può essere eseguito in sequenza prima su un elettrodo e poi sull'altro.

This Application Note explains how researchers can determine the underlying chemistry and potential failure mechanisms from cycle testing batteries with INTELLO.

Questa Application Note discute l'analisi della capacità differenziale (DCA) e il suo impatto sul miglioramento delle prestazioni della batteria, con particolare attenzione all'utilizzo della piattaforma INTELLO.

Questa applicazione mostra come EIS, in combinazione con INTELLO e NOVA, monitora le variazioni della resistenza interna della batteria attraverso i livelli SOC per studiare le prestazioni e i meccanismi di invecchiamento.

L'analisi Tafel è un'importante tecnica elettrochimica utilizzata per comprendere la cinetica delle reazioni. Studiando la pendenza di Tafel, rivela i passaggi che determinano la velocità nelle reazioni degli elettrodi, aiutando campi come la corrosione e la ricerca sulle celle a combustibile. Questo metodo aiuta le industrie a ottimizzare i processi e a migliorare le prestazioni dei dispositivi personalizzando materiali e condizioni per una maggiore efficienza.

L'esafluorofosfato di litio (LiPF6) viene utilizzato come elettrolita nelle batterie ricaricabili. In particolare l'elevata solubilità in solventi non polari e il carattere non coordinativo fanno dell'esafluorofosfato di litio il sale ideale per l'impiego in celle agli ioni di litio. Questa applicazione descrive la determinazione di tracce di cationi in LiPF6 con l'ausilio della determinazione della conducibilità dopo la soppressione sequenziale.

In questa Application Note, si usa la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) per la prova di una batteria commerciale collegata in due modi diversi. Nella prima misura EIS, la batteria è collegata con configurazione di rilevamento a due terminali. Nella seconda misura EIS, la batteria è collegata con configurazione di rilevamento a quattro terminali (rilevamento Kelvin). La differenza di collegamento dei terminali dà come risultato valori di impedenza della batteria diversi.

Le celle di misura TSC SW Closed e TSC Battery sono sistemi compatti progettati per misurare materiali sensibili all'aria o all'umidità, quali quelli usati nelle batterie. In questo documento vengono spiegate due procedure di prova. La prima procedura è eseguita con voltammetria ciclica (CV), mentre la seconda prevede l'uso della spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS).

Il modo in cui i dispositivi a bassa impedenza, come le celle a combustibile e le batterie, sono collegati a un carico influenza le loro prestazioni. In questo documento viene mostrato un confronto dei risultati di EIS su una batteria commerciale agli ioni di litio. Sono state effettuate diverse misurazioni EIS, cambiando il modo in cui la batteria è stata collegata al potenziostato.

La conducibilità protonica di membrane realizzate con un materiale conduttivo protonico è una grandezza essenziale da determinare. In questa Application Note presentiamo i risultati di uno studio esemplare di σDC(T) determinati mediante spettroscopia di impedenza per un innovativo conduttore protonico solido nello stato secco.

Questa Application Note illustra la configurazione per eseguire un'EIS, ad esempio i diversi tipi di collegamenti nella cella elettrochimica e le impostazioni dello strumento.

In questo articolo vengono presentati gli elementi circuitali più comuni per EIS, che possono essere assemblati in diverse configurazioni per ottenere circuiti equivalenti utilizzati per l'analisi dei dati.

L'Application Note AN-EIS-004 sui modelli circuitali equivalenti mostrava una panoramica dei diversi elementi circuitali utilizzati per costruire un modello circuitale equivalente. Dopo aver identificato un modello appropriato per il sistema in esame, il passaggio successivo dell'analisi dei dati consiste nella valutazione dei parametri del modello. Ciò avviene mediante la regressione non lineare del modello ai dati. La maggior parte dei sistemi di impedenza include un programma di adattamento dei dati. Questa Application Note mostra il modo in cui il software NOVA viene utilizzato per adattare i dati.

Questa Application Note descrive il vantaggio di una registrazione di dati grezzi nel dominio tempo per ciascuna frequenza durante una misura di impedenza elettrochimica.

La spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) è una tecnica potente che fornisce informazioni sui processi che avvengono in corrispondenza dell'interfaccia elettrodo-elettrolita. I dati raccolti con EIS vengono modellati con un circuito equivalente elettrico adatto. La procedura di adattamento modifica i valori dei parametri fino a quando la funzione matematica non corrisponde ai dati dell'esperimento entro un certo margine di errore. In questa Application Note, vengono forniti dei suggerimenti per ottenere parametri iniziali accettabili ed eseguire un adattamento accurato.

In questa Application Note una combinazione di PGSTAT e carico elettronico viene utilizzata per eseguire la spettroscopia di impedenza elettrochimica in una cella a combustibile operante a correnti elevate.

La spettroscopia elettrochimica Raman (EC-Raman) migliora la comprensione dei dispositivi di stoccaggio dell'energia monitorando i cambiamenti fisico-chimici. Questa nota descrive in dettaglio i risultati EC-Raman durante le simulazioni di carica e scarica della batteria al nichel-metallo idruro (NiMH).

Determinazione dell'esafluorofosfato in un liquido ionico BMIHFP (1-butil-3-metilimidazolio esafluorofosfato, >97%) mediante cromatografia anionica con rilevamento della conducibilità dopo soppressione chimica.

La qualità dell'elettrolito della batteria agli ioni di litio (Li-ion) è essenziale per motivi di prestazioni, stabilità e sicurezza. La cromatografia ionica è un metodo accurato per l'analisi degli elettroliti.

Il mercato delle batterie agli ioni di litio è in continua crescita a causa dell'enorme richiesta di prodotti di consumo alimentati a batteria. I cosiddetti "NCM", una miscela di ossidi di nichel, cobalto e manganese, stanno raccogliendo interesse come materiali catodici, in sostituzione di composti tradizionali come gli ossidi di cobalto.Analisi di qualità dei materiali post-sinterizzati o le batterie riciclate possono essere eseguite mediante titolazione, come dimostrato in questa nota applicativa. Un'analisi completamente automatizzata dei metalli corrispondenti può essere eseguita con OMNIS e le sue apparecchiature di pipettaggio.

Il valore del pH nel nerofumo, un additivo essenziale nelle moderne batterie agli ioni di litio, viene analizzato in modo accurato e affidabile in questa nota applicativa utilizzando il pHmetro 913 dotato di Unitrode easyClean secondo ASTM D1512 nonché ISO 787-9 e GB /T 1717-1986.

Le batterie al litio ferro fosfato offrono agli utenti sicurezza e durata. La speciazione polarografica valuta Fe(II) e Fe(III) nel materiale catodico, utile per diversi test.

La commercializzazione delle batterie agli ioni di litio, nel 1991, ha rappresentato il culmine dell'approfondita R&S condotta da scienziati e ingegneri di tutto il mondo nei decenni precedenti. Lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio e delle alternative batterie ricaricabili è continuato fino a oggi. Allorché il mondo sta rapidamente puntando verso una nuova era marcata da tecnologie verdi, è necessaria una R&S più pratica e più accurata per soddisfare le crescenti esigenze di sistemi di accumulo dell'energia, soprattutto nell'industria automobilistica. Questo libro bianco presenta i fondamenti della tecnologia delle batterie agli ioni di litio e guida il lettore attraverso le principali tecniche e terminologie nella ricerca sulle batterie agli ioni di litio.