بناء واختبار خلايا كوين من بطاريات ليثيوم ايون
Summary
يوصف بروتوكول لبناء واختبار خلايا عملة من بطاريات ليثيوم أيون. وتعرض لإجراءات محددة لجعل القطب العمل، وإعداد القطب المضاد، وتجميع خلية داخل صندوق قفازات واختبار الخلية.
Abstract
قابلة للشحن بطاريات ليثيوم أيون لها تطبيقات واسعة في مجال الالكترونيات، حيث الزبائن يطالبون دائما أكثر قدرة وأطول عمرا. كما تم بطاريات ليثيوم ايون نظرت لاستخدامها في السيارات الكهربائية والهجين 1 أو حتى الأنظمة الكهربائية استقرار الشبكة 2. كل هذه التطبيقات محاكاة زيادة هائلة في مجال البحث والتطوير من المواد البطارية 3-7، بما في ذلك المواد الجديدة 3،8، المنشطات 9، nanostructuring 10-13، والطلاء أو تعديلات سطح 14-17 والاضبارات رواية 18. وبناء على ذلك، فقد غامر عدد متزايد من الكيميائيين والفيزيائيين والعلماء مواد مؤخرا في هذا المجال. وتستخدم على نطاق واسع الخلايا عملة في مختبرات البحوث لاختبار المواد بطارية جديدة، وحتى للبحث والتطوير أن الهدف التطبيقات واسعة النطاق وعالية الطاقة، وغالبا ما تستخدم الخلايا عملة صغيرة لاختبار القدرات والإمكانات معدلمواد جديدة في المرحلة الأولية.
في عام 2010، بدأنا مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) برعاية المشروع البحثي للتحقيق في امتصاص المياه السطحية وdisordering في المواد بطارية (منحة لا. DMR-1006515). في المرحلة الأولى من هذا المشروع، لدينا صعوبة في تعلم التقنيات لتجميع واختبار خلايا عملة، والتي لا يمكن أن يتحقق من دون مساعدة العديد من الباحثين الآخرين في الجامعات الأخرى (من خلال النداءات المتكررة، وتبادل البريد الإلكتروني وزيارة المواقع 2). وهكذا، نرى أنه من المفيد لتوثيق، من قبل كل من النص والفيديو، وبروتوكولا للتجميع واختبار خلية عملة، والتي سوف تساعد الباحثين الجديدة الأخرى في هذا المجال. هذا الجهد يمثل "تأثير أوسع" أنشطة مشروع جبهة الخلاص الوطني لدينا، وسوف يساعد أيضا على تثقيف وإلهام الطلاب.
في هذه المقالة الفيديو، ونحن توثيق بروتوكول لتجميع خلية عملة CR2032 مع قطب كهربائي 2 LiCoO العمل، والقطب المضاد لي،و (في الغالب تستخدم عادة) البولي فينيل الفلوريد (PVDF) الموثق. للتأكد من المتعلمين جديد لتكرار بسهولة البروتوكول، علينا أن نحافظ على بروتوكول كما محددة وصريحة بقدر ما نستطيع. ومع ذلك، فمن المهم أن نلاحظ أنه في مجال البحوث الخاصة وتطوير العمل، الكثير من العوامل التي اعتمدت هنا يمكن أن تختلف. أولا، يمكن للمرء أن جعل خلايا عملة من مختلف الأحجام واختبار قطب كهربائي يعمل ضد القطب المضاد بخلاف لي. الثاني، وأضاف مبالغ أسود C والموثق في أقطاب العمل وتتنوع في كثير من الأحيان لتتناسب مع غرض معين من البحوث، على سبيل المثال، تم إضافة كميات كبيرة من مسحوق أسود C أو حتى الخاملة إلى القطب العمل لاختبار "جوهري" الأداء المواد الكاثود 14. وقد وضعت ثالث، أفضل الاضبارات (عدا PVDF) أيضا، وتستخدم 18. أخيرا، يمكن أيضا أنواع أخرى من الشوارد (بدلا من LiPF 6) يمكن استخدامها، في الواقع، بعض المواد الكهربائي عالية الجهد سيتطلب استخدامات electrol خاصytes 7.
Protocol
Discussion
في تجربتنا، فإن الخطوة الأكثر أهمية في التحضير للقطب كهربائي يعمل تبذل عجائن جيدة مع الاتساق. كما هو مبين في الشكل (4)، يمكن أن يزيد في الطين NMP يؤدي إلى تشقق الطلاء، في حين أن عدم كفاية NMP يمكن أن يؤدي إلى الطلاء التي يسهل اختراقها. في الأعمال المعروضة هنا، وتس?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نحن عن امتنانهم للدعم من برنامج سيراميك في شعبة بحوث المواد من مؤسسة العلوم الوطنية الأميركية، في إطار منحة لا. DMR-1006515 (مدير البرنامج الدكتور Lynnette D. مادسن).
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number |
| Poly(vinylidene fluoride) | Sigma-Aldrich | 182702 |
| 1-Methyl-2-pyrrolidinone, 99.5% | Alfa Aesar | 31903 |
| LiCoO2 | Alfa Aesar | 42090 |
| Carbon black, acetylene, 99.9+% | Alfa Aesar | 39724 |
| LiPF6 in EC:DMC:DEC | MTI Corporation | EQ-Be-LiPF6 |
| Celgard separator | Celgard | C480 |
| Analog Vortex Mixer | VWR | 58816-121 |
| Vacuum oven | ||
| Vacuum pump | ||
| Hydraulic press | ||
| Coin cell case | MTI Corporation | EQ-CR2032-CASE-304 |
| Spring and spacer | MTI Corporation | EQ-CR20SprSpa-304 |
| Glovebox | mBraun | UNILAB |
| Battery tester | Arbin Instruments | BT2143 |
References
- Cairns, E. J., Albertus, P. Batteries for Electric and Hybrid-Electric Vehicles. Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering. 1, 299-320 (2010).
- Dunn, B., Kamath, H., Tarascon, J. -. M. Electrical Energy Storage for the Grid: A Battery of Choices. Science. 334, 928-935 (2011).
- Goodenough, J. B. Cathode materials: A personal perspective. J. Power Sources. 174, 996-1000 (2007).
- Yamada, A., Chung, S. C., Hinokuma, K. Optimized LiFePO4 for lithium battery cathodes. Journal of the Electrochemical Society. 148, A224-A229 (2001).
- Whittingham, M. S. Lithium batteries and cathode materials. Chemical Reviews. 104, 4271-4301 (2004).
- Tarascon, J. M., Armand, M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries. Nature. 414, 359-367 (2001).
- Goodenough, J. B., Kim, Y. Challenges for Rechargeable Li Batteries. Chemical Materials. 22, 587-603 (2010).
- Ceder, G. Identification of cathode materials for lithium batteries guided by first-principles calculations. Nature. 392, 694-696 (1998).
- Chung, S. Y., Bloking, J. T., Chiang, Y. M. Electronically conductive phospho-olivines as lithium storage electrodes. Nature Materials. 1, 123-128 (2002).
- Bruce, P. G., Scrosati, B., Tarascon, J. M. Nanomaterials for rechargeable lithium batteries. Angewandte Chemie-International Edition. 47, 2930-2946 (2008).
- Arico, A. S., Bruce, P., Scrosati, B., Tarascon, J. M., Van Schalkwijk, W. Nanostructured materials for advanced energy conversion and storage devices. Nature Materials. 4, 366-377 (2005).
- Hochbaum, A. I., Yang, P. D. Semiconductor Nanowires for Energy Conversion. Chemical Reviews. 110, 527-546 (2010).
- Wang, Y., Cao, G. Z. Developments in nanostructured cathode materials for high-performance lithium-ion batteries. Advanced Materials. 20, 2251-2269 (2008).
- Kang, B., Ceder, G. Battery materials for ultrafast charging and discharging. Nature. 458, 190-193 (2009).
- Liu, J., Manthiram, A. Improved Electrochemical Performance of the 5 V Spinel Cathode LiMn1.5Ni0.42Zn0.08O4 by Surface Modification. Journal of the Electrochemical Society. 156, A66-A72 (2009).
- Kayyar, A., Qian, H. J., Luo, J. Surface adsorption and disordering in LiFePO4 based battery cathodes. Applied Physics Letters. 95, (2009).
- Sun, K., Dillon, S. J. A mechanism for the improved rate capability of cathodes by lithium phosphate surficial films. Electrochemistry Communications. 13, 200-202 (2011).
- Kovalenko, I. A Major Constituent of Brown Algae for Use in High-Capacity Li-Ion Batteries. Science. 333, 75-79 (2011).
