التحليل الحراري التكنولوجيا في تطوير مواد البطارية

من نحن

Hitachi Analytical Instruments (Shanghai) Co., Ltd

البريد الإلكتروني
hha.contact@hitachi-hightech.com
الهاتف
العنوان
رقم 1601-1609 ، لى الطريق ، مقاطعة مينهانج ، شنغهاي

التاريخ:2025-08-29اقرأ:0

بطاريات ليثيوم أيون ( LIBS ) و خلايا وقود الهيدروجين ( HFCs ) هي دفع التحول إلى طاقة أنظف ، وتوفير الطاقة في جميع المجالات من السيارات الكهربائية إلى التطبيقات الصناعية . وهذه التكنولوجيات ضرورية لتوفير الطاقة المستدامة . الطلب العالمي على البطاريات ومن المتوقع أن ترتفع . بحلول عام 2020 ، بطاريات تخزين الطاقة في جميع أنحاء العالم يمكن أن توفر ساعة واحدة من الكهرباء إلى 185 مليون أسرة . وبحلول عام 2030 ، من المتوقع أن يرتفع هذا العدد إلى أكثر من بليوني أسرة ، أي أكثر من 10 أضعاف . الطلب المتزايد على السيارات الشخصية والشاحنات التجارية والنقل العام على تخزين الطاقة أدى إلى زيادة الطلب العالمي على البطاريات ، مما يجعل البحث والتطوير من مواد البطارية أكثر أهمية من أي وقت مضى .

وعلى الرغم من إحراز بعض التقدم ، فإن تكنولوجيا بطاريات ليثيوم أيون وخلايا الوقود لا تزال تواجه تحديات . وتشمل هذه التحديات مسائل السلامة والموثوقية ، والاستدامة ، واستخراج المواد الخام ، ومحدودية القدرة على التحمل ، وطول فترة الشحن . التركيز الحالي هو تطوير مواد جديدة التكوين للتعامل مع ارتفاع كثافة الشحنة الكهربائية ، وتوفير المزيد من الاستقرار الحراري ، وزيادة الاستدامة ، فضلا عن أسعار أكثر بأسعار معقولة . وهذا يعني أن الجيل القادم من الخلايا وخلايا الوقود البحث والتطوير سوف تواجه فرصا هائلة للتنمية ، بحلول عام 2024 ، في مجال تخزين البطارية سوف تستثمر أكثر من 50 مليار دولار .

التركيز على تطوير المواد

تطوير التكنولوجيات الجديدة غالبا ما يتطلب تحسينات طفيفة ولكنها حاسمة في المواد الموجودة . على سبيل المثال ، والباحثين يحاولون استخدام مجموعة متنوعة من الليثيوم أكسيد المعادن الانتقالية مثل المواد الكاثود بطارية ، مع التركيز على البنية النانوية وتحسين عملية التصنيع .

في العديد من الدراسات في هذا المجال ، والباحثين بحاجة إلى إجراء تعديلات طفيفة على المواد ، ثم لاحظ كيف هذه التعديلات الصغيرة تؤثر على الخصائص الأساسية للمواد . هذا هو بالضبط حيث التحليل الحراري ( تا ) التكنولوجيا تلعب دورا رئيسيا .

تحليل خصائص المواد باستخدام التحليل الحراري

التحليل الحراري للمواد تغطي مجموعة واسعة من الخصائص التي يمكن قياسها من خلال أدوات مختلفة . على سبيل المثال :

مسعر المسح التبايني ( دسك )من خلال قياس تدفق الحرارة ، الخصائص الرئيسية من المواد ، بما في ذلك التحول الزجاجي ، وذوبان ، تبلور ، السعة الحرارية ، crystallinity والاستقرار الحراري ، وما إلى ذلك ، يتم تحديدها .
تحليل مقياس الثقل النوعي الحراري ( TGA )يمكن أن توفر معلومات هامة عن محتوى الرطوبة من المواد في بيئة خاملة والأكسدة ، المذيبات المتبقية ، تكوين المحتوى صدر في درجة حرارة معينة ، والاستقرار الحراري ، وهلم جرا .
تحليل مقياس الثقل النوعي الحراري ( ستا )وفي الوقت نفسه ، جنبا إلى جنب مع مسعر المسح التبايني ( دسك ) و تحليل مقياس الثقل النوعي الحراري ( TGA ) تقنية ، تدفق الحرارة و تغير الوزن يمكن قياسها في وقت واحد .
التحليل الميكانيكي الحراري ( TMA )قياس التمدد الحراري والانكماش من المواد في درجات حرارة مختلفة أمر بالغ الأهمية لتقييم بطارية الحاجز .
دينامية التحليل الميكانيكي الحراري ( DMA )قياس خصائص المواد اللزجة في ترددات مختلفة أمر بالغ الأهمية في دراسة مواد البطارية .

هذه التقنيات تساعد الباحثين على فهم وتحسين مواد البطارية

مسعر المسح التبايني ( دسك ) على سبيل المثال من أجل إطلاق الحرارة سلوك البطارية

الشكل التالي يوضح كيفية استخدام دسك لقياس السلوك الطاردة للحرارة من المنحل بالكهرباء والمواد الكاثود ، وبالتالي تحديد الاستقرار الحراري .

متزامن مع تحليل مقياس الثقل النوعي الحراري ( ستا ) و عرض حقيقي ® مثال على اختبار الاستقرار الحراري الحجاب الحاجز

الاستقرار الحراري غشاء البولي إثيلين النقي تم اختباره من قبل ستا ، وأظهرت النتائج أن التحلل الحراري حدث في 450 درجة مئوية . ولوحظ تذبذب طفيف في خط الأساس بسبب صغر حجم العينة ( 0.056 مغ ) . Real View ® الصورة تؤكد أن هذه التقلبات في القياس بسبب حركة المواد و تغيير الشكل في عينة صينية .

المقارنة بين مختلف الأغشية التمدد الحراري التحليل الميكانيكي الحراري ( TMA ) أمثلة

الخرائط المواضيعيه تظهر التمدد الحراري من أنواع مختلفة من أغشية تحت التوتر . غشاء البولي إثيلين النقي ( الأخضر ) لديه الحد الأقصى من التوسع والانكماش ، في حين أن الألومينا المغلفة غشاء ( الأحمر ) لديه الحد الأدنى من التوسع والانكماش . الأراميد المغلفة غشاء ( الأزرق ) لديها أعلى درجة حرارة الانكماش ، مما يدل على شكل عقد القدرة متفوقة على غيرها من اثنين من الأغشية .

فحص المواد النجاسة

وجود بعض الشوائب يمكن أن يؤدي إلى انحراف النتائج ، مما يؤدي إلى نتائج متضاربة وغير طبيعية من خصائص المواد . التحليل الحراري يمكن أن تظهر ما إذا كان هناك أي مواد أخرى في عينة البوليمر ، والتي يمكن أن توفر معلومات دقيقة عن المواد الأخرى لأن الخصائص الحرارية مثل بصمات الأصابع .

الاستنتاج

تقدم مواد البطارية أمر بالغ الأهمية من أجل مستقبل الطاقة المستدامة . من خلال تطبيق التحليل الحراري ، يمكن للمصنعين تطوير المواد التي تلبي متطلبات صارمة من التطبيقات الحديثة ، وبالتالي ضمان السلامة والموثوقية والكفاءة . التحليل الحراري يمكن أن توفر نظرة ثاقبة خصائص المواد ، ومساعدة المشغلين على تحسين عملية الإنتاج ، وتحسين جودة المنتج وخفض التكاليف . الاستثمار في أدوات التحليل الحراري المتقدمة لا يمكن إلا أن تعزز الابتكار ، ولكن أيضا تمكين الشركات المصنعة للحصول على ميزة تنافسية في مجال الطاقة النامية بسرعة .

فهم لدينا أدوات التحليل الحراري

شركة هيتاشي جهاز تحليل DSC ، ستا ، DMA ، TMA سلسلة من المنتجات يمكن أن تصف بدقة المواد في عملية التنمية والاستقرار الحراري . لدينا عرض حقيقي ® عينة نظام الرصد يمكن أن تظهر في الوقت الحقيقي تغيير المواد أثناء التجربة .

المقالة الأخيرة:

المقالة التالية:كيفية قراءة درجة حرارة التزجيج مع TMA ؟