Tecnología de análisis térmico en el desarrollo de materiales de batería

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Fecha:2025-08-29Leer:0

Las baterías de iones de litio (libs) y las pilas de combustible de hidrógeno (hfc) están impulsando la transición a una energía más limpia, proporcionando electricidad a todos los ámbitos, desde vehículos eléctricos hasta aplicaciones industriales. Estas tecnologías son esenciales para proporcionar electricidad sostenible. Se espera que la demanda mundial de baterías se dispare. En 2020, la energía almacenada por las baterías en todo el mundo fue capaz de proporcionar electricidad a 185 millones de hogares durante una hora. Y para 2030, se espera que la cifra aumente a más de 2.000 millones de hogares, es decir, más de 10 veces. La creciente demanda de almacenamiento de energía en vehículos personales, camiones comerciales y transporte público ha impulsado el aumento de la demanda mundial de baterías, haciendo que el desarrollo de materiales de baterías sea más importante que nunca.

A pesar de algunos avances, la tecnología de baterías de iones de litio y pilas de combustible todavía enfrenta desafíos. Estos desafíos incluyen problemas de Seguridad y fiabilidad, problemas de sostenibilidad, extracción de materias primas, resistencia limitada y tiempo de carga excesivo. El enfoque actual es desarrollar nuevas configuraciones de materiales para hacer frente a una mayor densidad de carga eléctrica, proporcionando una mayor estabilidad térmica, una mayor sostenibilidad y precios más asequibles. Esto significa que la investigación y el desarrollo de la próxima generación de baterías y pilas de combustible abrirán enormes oportunidades de desarrollo, y para 2024, la inversión en el campo del almacenamiento de energía de las baterías superará los 50.000 millones de dólares.

Enfoque en el desarrollo de materiales

El desarrollo de nuevas tecnologías a menudo requiere mejoras sutiles pero clave en los materiales existentes. Por ejemplo, los investigadores están tratando de utilizar una variedad de óxidos metálicos de Transición de litio como materiales de cátodo para baterías y se centran en estudiar su nanoestructura y optimizar el proceso de preparación.

En muchos estudios en este campo, los investigadores necesitan hacer ajustes sutiles en los materiales y luego observar cómo estos ajustes sutiles afectan las propiedades básicas de los materiales. Esto es exactamente donde la tecnología de análisis térmico (ta) juega un papel clave.

Análisis de las características de los materiales mediante tecnología de análisis térmico

El análisis térmico de los materiales cubre una amplia gama de áreas, y se pueden medir muchas características a través de diferentes instrumentos. Por ejemplo:

Método de escaneo diferencial (dsc)Los parámetros clave de rendimiento del material se determinan mediante la medición del flujo de calor, incluidas las características de transición vítrea, fusión, cristalización, capacidad térmica, cristalinidad y estabilidad térmica, que son esenciales para la investigación y el desarrollo de diafragmas y electrolitos.
Análisis termogravimétrico (tga)Puede proporcionar información importante sobre el contenido de agua de los materiales en ambientes inertes y oxidados, el contenido de disolventes residuales, el contenido de componentes liberados a temperaturas específicas y la estabilidad térmica, que tienen un valor guía clave para el desarrollo de varios componentes de la batería.
Análisis termogravimétrico simultáneo (sta)Al mismo tiempo, la combinación de la medición térmica de escaneo diferencial (dsc) y la tecnología de análisis termogravimétrico (tga) puede determinar simultáneamente los cambios de flujo de calor y peso, proporcionando un análisis exhaustivo de las características de comportamiento térmico de los materiales de la batería.
Análisis termomecánico (tma)Medir la expansión térmica y la contracción del material a diferentes temperaturas es fundamental para evaluar el diafragma de la batería.
Análisis termomecánico dinámico (dma)Medir el rendimiento viscoso - elástico de los materiales a diferentes frecuencias es crucial para la investigación de materiales de batería.

Estas tecnologías ayudan a los investigadores a comprender y mejorar el material de la batería

Ejemplo de método de escaneo diferencial (dsc) para el comportamiento de Liberación de calor de los componentes de la batería

La siguiente imagen aclara cómo usar DSC para medir el comportamiento de Liberación de calor del electrolito y el material del electrodo positivo, determinando así su estabilidad térmica.

Uso de análisis termogravimétrico simultáneo (sta) y Vista Real ® Ejemplo para probar la estabilidad térmica del diafragma

La estabilidad térmica del diafragma de polietileno puro se probó con sta y los resultados mostraron una descomposición térmica a 450 ° c. Debido a la menor masa de la muestra (0056 mg), se observaron leves fluctuaciones de base. Real View ® Las imágenes confirman que durante la medición estas fluctuaciones se debieron al movimiento del material en el disco de muestra y al cambio de forma.

Ejemplo de análisis termomecánico (tma) para comparar la expansión térmica de varios diafragmas

El gráfico TMA muestra la expansión térmica de varios diafragmas bajo la fuerza de tracción. Los diafragmas de polietileno puro (verde) tienen la mayor expansión y contracción, mientras que los diafragmas recubiertos de alúmina (rojo) tienen la menor expansión y contracción. El diafragma recubierto de aramida (azul) tiene la temperatura de contracción más alta, lo que indica que su capacidad de retención de forma es mejor que los otros dos diafragmas.

Inspección de impurezas de materiales

La presencia de ciertas impurezas puede desviar los resultados del estudio, lo que resulta en resultados inconsistentes y propiedades anormales del material. El análisis térmico puede mostrar si hay otros materiales en la muestra de polímero, y debido a que las propiedades térmicas de estos materiales son como huellas dactilares, se puede proporcionar información precisa sobre otros materiales.

conclusión

El progreso de los materiales de batería es crucial para el desarrollo futuro de la energía sostenible. Al utilizar la tecnología de análisis térmico, los fabricantes pueden desarrollar materiales que cumplan con los estrictos requisitos planteados por las aplicaciones modernas, garantizando así la seguridad, fiabilidad y eficiencia. La tecnología de análisis térmico puede proporcionar ideas clave sobre las características del material, ayudar a los operadores a optimizar el proceso de producción, mejorar la calidad del producto y reducir los costos. Invertir en herramientas avanzadas de análisis térmico no solo impulsará la innovación, sino que también permitirá a los fabricantes obtener una ventaja competitiva en un sector energético en rápido desarrollo.

Conozca nuestros instrumentos de análisis térmico

Los productos de las series dsc, sta, DMA y TMA de los instrumentos de análisis Hitachi pueden caracterizar con precisión la estabilidad térmica de los materiales en el proceso de investigación y desarrollo. Nuestra vista real única ® El sistema de Observación de muestras puede presentar los cambios de materiales durante el experimento en tiempo real.

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