В нынешних условиях спрос на литий-ионные аккумуляторы стремительно растет. От смартфонов и ноутбуков до электромобилей — эти аккумуляторы лежат в основе нашей повседневной жизни.
Путь к производству высококачественного литий-ионного аккумулятора начинается с изготовления активного катодного материала, точнее, прекурсора активного катодного материала (PCAM). Ключевым элементом в производстве PCAM является контроль pH, и его правильная настройка может иметь решающее значение.
Давайте на минуту разберемся, почему уровни pH так важны в производстве PCAM. Качество активного катодного материала зависит от морфологии (размера, формы и структуры) частиц CAM, поскольку это напрямую влияет на плотность энергии аккумулятора и на то, как быстро он заряжается и разряжается.
Морфология частиц CAM зависит от морфологии частиц PCAM, и если размеры и форма частиц не будут точно соответствовать требованиям, в итоге может получиться аккумулятор, который будет работать недостаточно эффективно или даже выйдет из строя.
Поддержание очень строгого контроля pH в процессе производства PCAM необходимо для достижения нужных размеров частиц, которые обеспечивают эффективность и надежность аккумуляторов, а в конечном итоге и автомобилей и устройств, которые нам нужны.
На рисунке (H. Muramatsu; D. Endo; T. Sasaki) показано, как pH влияет на распределение частиц по размерам.
А вот здесь начинается самое интересное: качество литий-ионных аккумуляторов зависит от того, насколько хорошо мы поддерживаем контроль pH. Даже небольшое изменение pH — скажем, на 0,2 единицы pH — может привести к значительным различиям в работе аккумулятора.
Надежный, правильно обслуживаемый датчик pH помогает обеспечить достижение нужного размера и морфологии частиц, что напрямую приводит к более эффективной зарядке и разрядке аккумулятора, а также к увеличению общего срока службы аккумулятора.
Размер частиц PCAM существенно влияет на характеристики литий-ионных аккумуляторов. Более мелкие частицы обеспечивают большую площадь поверхности и более быструю диффузию лития, повышая скорость работы и быстроту зарядки. Однако они также могут усиливать побочные реакции и сокращать срок службы из-за нестабильности поверхности. Более крупные частицы увеличивают насыпную плотность и энергоемкость, но могут ограничивать подвижность лития, снижая производительность при высоких токах.
Оптимальный размер частиц PCAM позволяет найти баланс между энергоемкостью, сроком службы и скоростными характеристиками. Подбор этого параметра имеет решающее значение для применения в самых разных областях — от электромобилей до портативной электроники, где для долгосрочной работы аккумуляторов важны и эффективность, и долговечность.
Хотя важность точного контроля pH при производстве PCAM очевидна, многие производители сталкиваются на этом пути с рядом серьезных проблем. Прежде всего, многие реакторы, используемые в этом процессе, основаны на конструкциях 1990-х годов. Это означает, что они часто оснащены устаревшими узлами датчиков pH, которые устанавливаются сверху реактора или кристаллизатора. Такая конструкция создает несколько трудностей:
Производство и доработка PCAM включает несколько критически важных этапов процесса. В этом вебинаре по запросу рассматривается важнейшая роль pH и некоторых других ключевых технологических параметров в определении качества PCAM и производства литий-ионных аккумуляторов.
Итак, как производители могут напрямую справиться с этими проблемами? Вот несколько предложений:
В то время как датчики pH с керамической эталонной диафрагмой быстро выходят из строя из-за быстрого засорения микроскопических пор диафрагмы, твердополимерный эталонный электролит InPro 4260i обеспечивает открытый переход, который, будучи значительно больше микроскопических пор в керамической диафрагме, гораздо менее подвержен засорению. В определенной степени он даже самоочищается в перемешиваемых процессах. После длительных технологических циклов он обеспечивает гораздо лучшую очищаемость, а накипь и налипшие отложения легко удаляются с перехода.
Эти датчики предоставляют данные о работе в режиме реального времени, позволяя выполнять техническое обслуживание на основе фактических потребностей, а не по установленному графику. Такой полностью прогнозирующий подход значительно помогает избегать ненужного обслуживания без риска нарушений процесса.
Это имеет большую ценность для распределения персонала и обеспечения своевременного заказа расходных деталей.
При наличии таких систем операторам лишь иногда нужно пополнять растворы для очистки, что освобождает их для более сложных задач. При этом датчики поддерживаются в наилучшем состоянии, а общая эффективность измерений максимизируется.
Компания METTLER TOLEDO разработала выдвижное, боковое и полностью автоматизированное решение. EasyClean 500 автоматически выводит датчик pH из процесса, затем промывает, очищает и при необходимости даже повторно калибрует его.
«Техническое обслуживание полностью автоматизировано, поэтому специалистам нужно только пополнять запас очищающей кислоты и буферных растворов для калибровки», — говорит Стефан ван дер Вал. Благодаря передатчику HART с питанием по контуру EasyClean 500 предлагает несколько вариантов программы, так что датчики можно автоматически промывать, очищать или калибровать при необходимости, а обслуживание можно выполнять удаленно из операторной через распределенную систему управления (DCS).
Пользователи также могут дать системе команду выдвинуть датчик для удаленной проверки, чтобы убедиться, что датчик обеспечивает точное измерение. «Если говорить откровенно, — говорит Стефан, — EasyClean 500 — это значительный шаг вперед для получения высококачественного катодного активного материала».
Стефан ван дер Вал имеет степень в области промышленного управления и химической инженерии. Он обладает более чем 25-летним опытом в области промышленных приборов и анализа жидкостей и газов в процессной промышленности.
В качестве руководителя отдела маркетинга по отраслям в METTLER TOLEDO промышленные аналитические системы Стефан консультировал крупнейшие в мире химические и нефтеперерабатывающие компании по вопросам передовой практики промышленного управления процессами. Он активно участвует в прикладной инженерии и разработке продуктов и стоит за созданием и запуском на рынок различных революционных новых продуктов и технологий для технологического анализа.
Узнайте, как автоматизированная система очистки датчика pH помогает повысить эффективность аккумуляторов.
В этом выпуске Ask the Expert Stefan van der Wal объясняет, как инновационное решение METTLER TOLEDO для измерения pH при производстве литий-ионных аккумуляторов преодолевает традиционные ограничения.
Решая задачи контроля pH в сфере производства литий-ионных аккумуляторов, производителям крайне важно пересмотреть свои стратегии и конструкцию технологического оборудования. Принимая на вооружение инновационные сенсорные технологии и автоматизированные решения для обслуживания, производители могут значительно повысить эффективность производства и качество продукции.
Путь к производству высокоэффективных аккумуляторов может быть непростым, но с правильными инструментами вы сможете сгладить предстоящий путь.
Если вы хотите познакомиться с миром интеллектуальных решений для измерения pH и автоматизированного обслуживания , которые могут вывести ваши процессы на новый уровень, ознакомьтесь с последними доступными разработками уже сегодня.
Подробнее о всех решениях для характеризации, производства и тестирования аккумуляторов.
