Zwilżalność elektrod – kalandrowanie elektrod w bateriach litowo-jonowych
Kalandrowanie jest powszechnie stosowanym procesem zagęszczania elektrod w bateriach litowo-jonowych. Celem kalandrowania jest zmniejszenie porowatości elektrody, co poprawia kontakt pomiędzy cząstkami, a tym samym zwiększa gęstość energii baterii. Proces ten znacząco wpływa na strukturę porów, a w konsekwencji również na zwilżalność elektrody.
Zwilżalność materiału elektrodowego
Zwilżalność materiału elektrodowego przez roztwór elektrolitu stanowi jedno z kluczowych wyzwań w rozwoju wysokowydajnych baterii litowo-jonowych. Niewystarczające zwilżenie porowatych elektrod przez elektrolit prowadzi do nierównomiernego przebiegu reakcji elektrochemicznych oraz do niestabilnego tworzenia się warstwy stałego elektrolitu (SEI – solid electrolyte interphase). Może to skutkować pogorszeniem parametrów ogniwa oraz skróceniem jego żywotności cyklicznej. Ponadto niepełne zwilżenie sprzyja powstawaniu dendrytów litu metalicznego, co stanowi poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa. Niezawilżony materiał aktywny prowadzi również do niepełnego wykorzystania pojemności elektrody oraz wzrostu jej oporu.
Wyznaczanie szybkości zwilżania za pomocą tensjometru siłowego
Zwilżanie elektrody przez elektrolit można badać poprzez pomiar szybkości zwilżania przy użyciu tensjometru siłowego. Pomiar opiera się na tzw. metodzie Washburna, w której porowata próbka jest zanurzana w cieczy, a bardzo czuła waga rejestruje przyrost masy w funkcji czasu w wyniku wnikania cieczy w pory próbki.
Metoda ta została wykorzystana do określenia wpływu kalandrowania na zwilżalność elektrod w bateriach litowo-jonowych. Mierzono pochłanianie elektrolitu przez folie elektrodowe o różnej grubości, wynikającej z procesu kalandrowania, rejestrując przyrost masy w funkcji czasu.
Wykazano, że umiarkowane kalandrowanie poprawia zwilżalność materiału elektrodowego dzięki lepszemu ułożeniu cząstek oraz zwiększeniu rozgałęzienia sieci porów. Jeżeli jednak kalandrowanie zostanie przeprowadzone powyżej poziomu optymalnego, zwilżalność elektrody ulega pogorszeniu, ponieważ średnica porów zmniejsza się, a całkowita porowatość elektrody zostaje zredukowana.
Wpływ kalandrowania na chropowatość powierzchni
Proces kalandrowania zmienia strukturę powierzchni elektrody. Chropowatość powierzchni ma wyraźny wpływ na zwilżalność, ponieważ wzmacnia efekt wynikający z chemii powierzchni. Jeżeli powierzchnia jest chemicznie hydrofilowa, zwiększona chropowatość sprawia, że staje się ona jeszcze bardziej hydrofilowa. Z tego względu jednoczesny pomiar chropowatości powierzchni oraz kąta zwilżania dostarcza pełniejszej wiedzy na temat właściwości zwilżania elektrody.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz