Điện Cực & Tấm Phân Tách Trong Pin – Phân Tích Độ Rỗng Bằng Phương Pháp Thẩm Thấu Thủy Ngân

Thiết bị phân Tích Độ Rỗng Bằng Phương Pháp Thẩm Thấu Thủy Ngân (MIP)

Hãng sản xuất: Microtrac

Model: BELPORE

Giới thiệu

Vật liệu sản xuất pin như điện cực và tấm phân tách là các vật liệu xốp. Sự phân bố đồng đều của các lỗ rỗng với kích thước được xác định rõ là yếu tố quan trọng để tối ưu hiệu suất và độ tin cậy của pin.

Bởi vì các lỗ rỗng với kích thước từ vài trăm nanomet đến vài micromet không thể phân tích bằng phương pháp hấp phụ khí, bởi vì chúng quá lớn đối với phương pháp trên.

Vì vậy, để xác định kích thước của lỗ rỗng trong trường hợp này, phương pháp Phân Tích Độ Rỗng Với Phương Pháp Thẩm Thấu Thủy Ngân (MIP) là phương pháp phù hợp.

Hiểu biết cơ bản về Phương pháp Phân Tích Độ Rỗng Bằng Phương Pháp Thẩm Thấu Thủy Ngân.

Đo độ rỗng bằng thẩm thấu thủy ngân được mô tả trong tiêu chuẩn ISO (ISO 15901-1). Thủy ngân có tính chất không thấm ướt được đưa vào các lỗ rỗng ở nhiệt độ môi trường bằng áp suất lên tới 414 MPa, nó có thể đi vào các lỗ rỗng có đường kính khoảng 3,6 nm (Hình 1).

Thể tích của lỗ rỗng tương ứng với lượng thủy ngân xâm nhập vào. Theo phương trình Washburn, kích thước lỗ rỗng (bán kính, đường kính) tỷ lệ nghịch với áp suất được áp dụng.

với bán kính của lỗ rỗng r [m], sức căng bề mặt của thủy ngân g = 0,48 N/m, Áp suất sử dụng để thủy ngân xâm nhập P [Pa]. Với góc tiếp xúc q =141,3°, công thức ước tính đơn giản cho bán kính lỗ xốp là

r ≈ 0,7500/p

BELPORE – một thiết bị an toàn để đo độ rỗng bằng thẩm thấu thủy ngân

Máy đo độ rỗng bằng thẩm thấu thủy ngân (MIP) BELPORE có thể đo đường kính lỗ rỗng từ 3,6 nanomet đến 1 milimét. Dòng thiết bị này gồm 3 cấu hình: BELPORE LP là thiết bị nạp thủy ngân tại áp suất thấp, BELPORE MP dùng cho áp suất trung bình-cao và BELPORE HP dùng cho áp suất cao, chi tiết xem Hình 1.

Thiết  bị phân Tích Độ Rỗng Bằng Phương Pháp Thẩm Thấu Thủy Ngân BELPORE hoạt động theo nguyên lý của thế hệ PASCAL trước đó, không chỉ đơn giản là một thiết bị điều chỉnh áp. Trong máy đo độ rỗng BELPORE có chức năng kiểm soát cân bằng áp suất và tối ưu hóa áp suất thực hiện bằng công cụ “Tạo áp suất bằng cơ chế tăng tốc tự động và điều chỉnh liên tục”.

Kiểm soát tự động này chịu ảnh hưởng bởi tính chất lỗ rỗng thực tế và nhờ vậy cho phép rút ngắn thời gian đo trong khi vẫn đảm bảo các điều kiện cân bằng và phát hiện tất cả các lỗ rỗng trong khoảng mà thiết bị công bố, thiết bị có thể phân tích đến 20.000 điểm cân bằng trong mỗi lần phân tích. Các bảng quy đổi áp suất không cần sử dụng nữa. Máy đi kèm hai bình chứa mẫu để đo cho mẫu rắn dạng bột hoặc dạng khối là đã có thể đảm bảo được tất cả các dạng mẫu cần đo, và hơn nữa không cần bất kì loại khí nào hoặc nitơ lỏng, chi phí vận hành có thể được giảm đáng kể. Những cải tiến khác bao gồm BELPORE LP được vận hành dễ dàng hơn khi hoạt động ở áp suất tháp và nhờ vậy thiết bị có thể xác định các siêu lỗ rỗng với kích thước lên đến 1mm, thường gặp ở màng membran mỏng.

Thiết bị khử khí cùng với việc nạp thủy ngân theo phương thẳng đứng, không chỉ giúp rút ngắn thời gian thực hiện mà còn giúp điều chỉnh áp suất khử khí trong lúc thực hiện. Do đó, có thể đo các mẫu ẩm mà không làm thay đổi độ ẩm của vật liệu. Phần mềm đánh giá nâng cao tùy chọn 3-D PoreXpert cho phép người sử dụng đánh giá được độ quanh co, độ khuếch tán, độ dẫn truyền điện tử hoặc ion và nhiều thông tin khác lấy từ dữ liệu đo độ rỗng.

Một chương trình ứng dụng dành cho hãng sản xuất điện cực đã được đưa vào sẵn cụ thể bao hiệu chỉnh độ nén và giá trị mô-đun đàn hồi khối, chúng được tính toán từ quá trình nén áp suất.

Máy đo độ rỗng BELPORE có sẵn với các cấu hình khác nhau để đo ở phạm vi áp suất từ 0,01 kPa đến 450 kPa (điền đầy thủy ngân), có thể đo ở 0,1MPa đến 228 MPa hoặc lên đến 414MPa (Hình 1). Phép đo với độ chính xác cao có thể hoạt thành dưới 1 giờ, đối với các mẫu kiểm soát chất lượng điều thì thời gian đo có thể giảm xuống còn 9 phút.

Hình 1. Phạm vi áp suất thẩm thấu thủy ngân và dải kích thước lỗ rỗng đo được của dòng thiết bị BELPORE khi sự kết hợp các model khác nhau

Kết quả

Hình 2 thể hiện hai ví dụ của điện cực dương và điện cực âm. Đầu tiên, ta có thể thấy thể tích của lỗ rỗng là khác nhau trong khi điện cực dương có thể tích lỗ rỗng là khoảng 140mm³/g thì điện cực âm với khoảng 100 mm³/g. Kích thước của lỗ rỗng đối với hai điện cực cũng khác nhau, 200nm và 500 nm là kích thước tại đỉnh phân bố của điện cực âm và cực dương, trong khi cả hai đều có dải phân bố kích thước rất rộng lên đến 10 mµ.

Hình 3 thể hiện kết quả phân tích của hai bộ phân tách khác nhau. Một lần nửa, dải phân bố kích thước lỗ xốp được phát hiện là từ 0,01 đến 100 mµ bằng phương pháp đo thẩm thấu thủy ngân. phân bố kích thước lỗ rỗng được hiển thị với biến dV/d log r cùng với biểu đồ phân bố tích lũy thể tích lỗ rỗng như Hình 2. Các sau này có thể là hơn thuận lợi vì so sánh chất lượng. Các h thể hiện này giúp dễ dàng quản lý chất lượng cho sản phẩm.

Hình 2. Phân bố kích thước lỗ rỗng đối với điện cực âm và điện cực dương

Hình 3. Phân bố kích thước lỗ rỗng đối với hai bộ phân tách: Bộ phân tách 1 với có đường đường kính tại đỉnh là 0,1, 50 Và 90 micron (đen); Bộ phân tách 2 có đường kính tại đỉnh 0,07 Và 15 micron (màu xanh dương).

Kết luận

Việc sử dụng thiết bị để Phân Tích Độ Rỗng Bằng Phương Pháp Thẩm Thấu Thủy Ngân (MIP) là cần thiết để phân tích lỗ rỗng và cấu trúc của điện cực và bộ phân tách trong pin.

Thiết bị đo độ rỗng BELPORE, có các tính năng tiên tiến và phạm vi áp suất rộng, cho kết quả đo kích thước và thể tích lỗ rỗng chính xác và toàn diện. Công nghệ này giúp kiểm soát và đảm bảo hiệu suất của pin bằng cách kiểm soát chất lượng của vật liệu chế tạo pin. Kết quả thể hiện bên trên đã thể hiện sự khác biệt đáng kể về thể tích và kích thước lỗ rỗng giữa anot và catot, cũng như giữa các bộ tách phân khác nhau, làm nổi bật tầm quan trọng của các đặc tính vật liệu được thiết kế riêng cho các ứng dụng cụ thể.

Tóm lại, dòng thiết bị BELPORE là một thiết bị đáng tin cậy và cho hiệu suất phân tích cao, đóng góp cho sự phát triển của các dòng pin tiên tiến hiện nay.

Điểm nội bật của BELPORE dùng Phân tích điện cực và bộ phân tách của pin:

•  Tuân thủ tiêu chuẩn Phân Tích Độ Rỗng Bằng Phương Pháp Thẩm Thấu Thủy Ngân theo ISO 15901-1​
• Cho kết quả kích thước và thể tích lỗ rỗng nhanh và chính xác
• An toàn và dễ dàng xử lý, vận hành
• Nhỏ gọn, không chiếm nhiều không gian phòng thí nghiệm
• Có thể thể hiện Kết quả nâng cao để cải thiện hiệu suất pin