Applicazioni

La spettroscopia Raman è uno strumento prezioso per la caratterizzazione dei nanomateriali di carbonio grazie alla sua selettività, velocità e capacità di misurare i campioni in modo non distruttivo. I materiali di carbonio hanno tipicamente spettri Raman semplici, ma contengono una grande quantità di informazioni sulle strutture microcristalline interne nella posizione, nella forma e nell'intensità relativa dei picchi.

Le batterie agli ioni di litio devono essere completamente prive di acqua (concentrazione di H2O < 20 mg/kg), in quanto l'acqua reagisce con il sale conduttore, ad es., LiPF6, e forma acido fluoridrico.Mediante titolazione Karl Fischer coulometrica è possibile determinare in modo preciso e affidabile il contenuto d'acqua di molti materiali utilizzati nelle batterie agli ioni di litio. In questo Application Bulletin si descrive la determinazione dei seguenti materiali:materie prime per la produzione delle batterie agli ioni di litio (ad es., solventi per elettroliti, nero di carbonio/grafite); preparazioni per il rivestimento di elettrodi (sospensione) per il rivestimento di anodi e catodi; anodo rivestito e fogli catodici nonché nel foglio separatore e nel materiale combinato; elettroliti per le batterie agli ioni di litio;

Una batteria al nichel-metallo idruro (NiMH) è una batteria ricaricabile simile a una batteria al nichel-cadmio (NiCd), ma non con cadmio come anodo, ma con una lega che assorbe idrogeno. Il nichel è, come nelle batterie NiCd, il catodo. La tensione di uscita di tali pacchetti è direttamente proporzionale al numero di cellule individuali nel pacchetto. In alcuni casi, la tensione totale supera il massimo di 10 V, cosa che può essere misurata dai potenziostati/galvanostati Autolab. Al fine di creare e misurare tensioni superiori a 10 V abbiamo sviluppato un moltiplicatore di tensione che aumenta il range di tensione di Autolab.

Le batterie agli ioni di litio (Li-Ion) sono i principali accumulatori di energia sul mercato. Una tipica batteria agli ioni di litio di solito è costituita da una o più celle. La caratteristica delle celle e batterie agli ioni di litio sono la carica e scarica galvanostatica durante diversi cicli.

Questa Application Note descrive GITT, una tecnica chiave per studiare la cinetica, l'OCV e la diffusione delle batterie agli ioni di litio, utilizzando INTELLO per un controllo e un'analisi semplificati.

Durante la carica e la scarica di una batteria agli ioni di litio, questi migrano attraverso l'elettrolita da un elettrodo all'altro. È molto importante conoscere il coefficiente di diffusione chimica del materiale dell'elettrodo. La tecnica di titolazione potenziostatica intermittente (PITT) è uno dei metodi più impiegati per capire il coefficiente di diffusione del materiale dell'elettrodo attivo.

I componenti principali di una batteria sono gli elettrodi positivi e negativi, insieme all'elettrolita che fornisce solo la conducibilità ionica. Gli elettroliti più comuni si trovano allo stato liquido. Pertanto, occorre un separatore per garantire una separazione fisica tra gli elettrodi. Il separatore è immerso nell'elettrolita. Il numero di MacMullin è un parametro utilizzato per stabilire la qualità di un separatore, in termini di conducibilità ionica, quando immerso in un elettrolita. Il numero di MacMullin può essere calcolato utilizzando i risultati di due esperimenti EIS e i fattori geometrici delle celle di misura. In questa Application Note viene utilizzato un elettrolita commerciale insieme a un filtro poroso usato come separatore.

Le celle per batteria TSC e TSC SW closed sono sistemi compatti progettati per misurare materiali sensibili all'aria o all'umidità, quali i materiali usati nelle batterie ricaricabili. Queste celle offrono un'ambiente ben controllato per la misurazione a temperatura controllata di materiali solidi o in gel a contatto con elettrodi di metallo nella geometria planare. Con queste celle è possibile testare, ad esempio, materiali attivi delle batterie, elettroliti allo stato solido conduttori ionici e separatori della batteria. In questo esperimento vengono utilizzati resistori standard da 100 Ω in entrambe le celle per comprendere eventuali effetti della cella sulle misure.

Viene presentato il prodotto DuoCoin Cell Holder. Vengono eseguite misure EIS su una batteria a bottone commerciale. Vengono evidenziate le differenze di impedenza tra la configurazione a quattro terminali e la configurazione a due terminali, mettendo in evidenza l'importanza di avere una configurazione diretta a quattro terminali, quando si studiano i DUT a bassa impedenza.

In questa Application Note, si mostra come determinare il coefficiente di diffusione binaria di un elettrolita liquido binario di una batteria agli ioni di litio commerciale mediante il metodo di polarizzazione galvanostatica pulsata.

Questa Application Note presenta i dettagli sperimentali e una panoramica delle più importanti scoperte tratte dall'esperimento EIS e CV per lo studio della struttura dell'interfaccia di un elettrolita solido modello che si forma su un elettrodo GC dalla geometria planare a contatto con un elettrolita organico per batteria tipico.

In questa Application Note, si dimostra come stabilire la tortuosità interplanare τ di un materiale catodico per batterie agli ioni di litio commerciali, con porosità e spessore del rivestimento noti, con il metodo della spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS).

In questa Application Note, si dimostra come stabilire il numero di trasporto degli ioni di litio di un elettrolita liquido binario per batteria agli ioni di litio commerciale, con il metodo della spettroscopia di impedenza elettrochimica a frequenza molto bassa (VLF-EIS).

Nell'ambito della ricerca sulle batterie, la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) rappresenta uno strumento necessario per analizzare i processi che si verificano sugli elettrodi. Con una comune batteria a tre elettrodi, l'EIS può essere eseguito in sequenza prima su un elettrodo e poi sull'altro.

This Application Note explains how researchers can determine the underlying chemistry and potential failure mechanisms from cycle testing batteries with INTELLO.

Questa Application Note discute l'analisi della capacità differenziale (DCA) e il suo impatto sul miglioramento delle prestazioni della batteria, con particolare attenzione all'utilizzo della piattaforma INTELLO.

Questa applicazione mostra come EIS, in combinazione con INTELLO e NOVA, monitora le variazioni della resistenza interna della batteria attraverso i livelli SOC per studiare le prestazioni e i meccanismi di invecchiamento.

Determinazione di nichel, zinco, cobalto, ferro(II) e manganese in bromuro di litio tramite cromatografia cationica con rilevazione UV/VIS (520 nm) dopo derivatizzazione postcolonna con PAR.

L'esplorazione e il trattamento dei minerali di litio sta assumendo sempre più importanza data la domanda crescente di idrossido di litio. L'idrossido di litio è un componente chiave nella produzione delle batterie ricaricabili per l'uso in varie applicazioni tra cui veicoli elettrici, sistemi di accumulo domestico, strumenti elettrici ed elettronica di consumo. Per garantire l'efficienza del trattamento avanzato di idrossido di litio ad alta purezza, occorre una tecnica di rilevamento quantitativo rapida e affidabile. Quest'applicazione è stata sviluppata per monitorare il contenuto di litio, sodio e calcio nei concentrati minerali e nei campioni di trattamento del litio.

L'esafluorofosfato di litio (LiPF6) viene utilizzato come elettrolita nelle batterie ricaricabili. In particolare l'elevata solubilità in solventi non polari e il carattere non coordinativo fanno dell'esafluorofosfato di litio il sale ideale per l'impiego in celle agli ioni di litio. Questa applicazione descrive la determinazione di tracce di cationi in LiPF6 con l'ausilio della determinazione della conducibilità dopo la soppressione sequenziale.

Al fine di migliorare le prestazioni dei dispositivi di accumulo dell'energia elettrochimica come batterie e supercondensatori, ci si può concentrare sul miglioramento della conduttività ionica (ƠDC) dell'elettrolita. SI tratta di un metodo comune per l'ottenimento di valori ƠDC di diversi sistemi di elettroliti per effettuare esperimenti di spettroscopia d'impedenza elettrochimica (EIS) a varie temperature in un setup con 2 elettrodi.

In questa Application Note, si usa la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) per la prova di una batteria commerciale collegata in due modi diversi. Nella prima misura EIS, la batteria è collegata con configurazione di rilevamento a due terminali. Nella seconda misura EIS, la batteria è collegata con configurazione di rilevamento a quattro terminali (rilevamento Kelvin). La differenza di collegamento dei terminali dà come risultato valori di impedenza della batteria diversi.

Le celle di misura TSC SW Closed e TSC Battery sono sistemi compatti progettati per misurare materiali sensibili all'aria o all'umidità, quali quelli usati nelle batterie. In questo documento vengono spiegate due procedure di prova. La prima procedura è eseguita con voltammetria ciclica (CV), mentre la seconda prevede l'uso della spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS).

Il modo in cui i dispositivi a bassa impedenza, come le celle a combustibile e le batterie, sono collegati a un carico influenza le loro prestazioni. In questo documento viene mostrato un confronto dei risultati di EIS su una batteria commerciale agli ioni di litio. Sono state effettuate diverse misurazioni EIS, cambiando il modo in cui la batteria è stata collegata al potenziostato.

Per calcolare la conducibilità di un elettrolita, è necessario conoscere la costante di cella della cella. Per la determinazione delle costanti di cella di conducibilità della cella elettrochimica a temperatura controllata TSC1600 è stata utilizzata la combinazione di Metrolab Autolab PGSTAT204 equipaggiato con il modulo FRA32M in combinazione con il setup Autolab Microcell HC.

Questa Application Note illustra l'utilizzo di EQCM D per l'analisi simultanea di massa e dissipazione nell'elettrodeposizione di Ni(OH)₂ .

La spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) è una tecnica efficace per la caratterizzazione di sistemi elettrochimici. Negli ultimi anni l'EIS ha trovato ampia applicazione nel campo della caratterizzazione dei materiali. Viene abitualmente utilizzata nella caratterizzazione di rivestimenti, batterie, celle a combustibile e fenomeni di corrosione. Questa Application Note illustra i principi di una misura EIS.

In questo articolo vengono presentati gli elementi circuitali più comuni per EIS, che possono essere assemblati in diverse configurazioni per ottenere circuiti equivalenti utilizzati per l'analisi dei dati.

Il carbonato di vinilene è un additivo per elettroliti ampiamente utilizzato nelle batterie agli ioni di litio; esso richiede un rigoroso controllo dell'umidità per preservare le prestazioni e la durata della batteria. In passato, la quantificazione accurata dell'umidità era limitata da reazioni collaterali che ne complicavano l'analisi. L'introduzione di reagenti couloometrici Karl Fischer privi di alcoli consente oggi una determinazione precisa e riproducibile dell'umidità, facilitando un controllo più affidabile della qualità dell'additivo e dell'elettrolita durante la produzione.

Il litio è un metallo alcalino duttile, ottenuto solitamente dalle salamoie dei laghi salati. Il litio è utilizzato per tante applicazioni, ma in particolare per la produzione delle batterie agli ioni di litio di macchine elettriche, cellulari e altri prodotti. Questa nota applicativa sul processo presenta un metodo per monitorare il litio e altri cationi nelle salamoie mediante cromatografia ionica di processo in linea (IC), una tecnica analitica multiparametrica in grado di misurare analiti ionici in un'ampia gamma di concentrazioni.

Per le superfici degli elettrodi i materiali in carbonio sono una scelta notevole. Non solo sono economicamente vantaggiosi e inerti dal punto di vista chimico, ma hanno anche una corrente costante e una finestra ampia di tensione. Le proprietà fisiche e chimiche dei nuovi nanomateriali in carbonio dipendono principalmente dalla loro struttura, per cui la caratterizzazione è fondamentale per scegliere il materiale giusto per le varie applicazioni.A questo scopo, la spettroscopia Raman rappresenta una tecnica molto allettante, in quanto consente di distinguere senza sforzo le informazioni sulla struttura del legame dei materiali in carbonio e, quindi, le loro possibili proprietà. Gli elettrodi a membrana (SPE, screen-printed electrode) DropSens sono dispositivi economici e riutilizzabili, disponibili con elettrodi di lavoro fabbricati in molti materiali in carbonio. In questa Application Note si descrive come è possibile studiare le loro proprietà mediante spettroscopia Raman.

Questa nota applicativa mette a confronto SPELEC RAMAN e uno strumento Raman standard analizzando le loro prestazioni nella misurazione di nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT).

La spettroscopia elettrochimica Raman (EC-Raman) migliora la comprensione dei dispositivi di stoccaggio dell'energia monitorando i cambiamenti fisico-chimici. Questa nota descrive in dettaglio i risultati EC-Raman durante le simulazioni di carica e scarica della batteria al nichel-metallo idruro (NiMH).

La qualità dell'elettrolito della batteria agli ioni di litio (Li-ion) è essenziale per motivi di prestazioni, stabilità e sicurezza. La cromatografia ionica è un metodo accurato per l'analisi degli elettroliti.

Il litio è un metallo morbido utilizzato per molte applicazioni, ad esempio nella produzione di lubrificanti ad alta temperatura o di vetro resistente al calore. Viene inoltre impiegato in grandi quantità per la produzione delle batterie. Si ricava da salamoie e minerali di litio di alta qualità. A seconda della concentrazione di litio, si determina se l'estrazione può economicamente conveniente o meno.Questa Application Note dimostra un metodo per determinare la concentrazione di litio nelle salamoie mediante titolazione potenziometrica. Il litio e il fluoruro precipitano nell'etanolo come fluoruro di litio insolubile. Una determinazione mediante titolazione potenziometrica è resa possibile utilizzando fluoruro di ammonio come titolante e un elettrodo iono-selettivo (ISE) per fluoruro. Questo metodo è più affidabile, rapido ed economico rispetto alla determinazione del litio nella salamoia mediante altre tecniche più sofisticate come la spettroscopia di assorbimento atomico (AAS).

I sali di litio (ad es. carbonato di litio e idrossido di litio) sono utilizzati in una miriade di applicazioni. L'idrossido di litio serve per la produzione di stearato di litio, un importante lubrificante per motori. Inoltre, viene utilizzato come purificatore d'aria per la sua capacità di legarsi al biossido di carbonio. Sebbene la maggior parte del carbonato di litio sia utilizzato per la produzione di alluminio, esso è impiegato anche nell'industria della ceramica e del vetro. Abbassa la temperatura di fusione di questi materiali, riducendo i costi dell'elettricità e quindi rendendo la produzione economicamente più conveniente.Per tutte queste applicazioni, è importante conoscere la qualità dei sali di litio puri usati nei vari processi produttivi. In questa Application Note viene presentato un metodo semplice per l'analisi di idrossido di litio e carbonato di litio su un sistema OMNIS automatico.

Il nitrato di litio è un agente ossidante utilizzato nella produzione di razzi di segnalazione e fuochi d'artificio di colore rosso. Inoltre, il composto triidrato di nitrato di litio assorbe bene il calore e può essere utilizzato per lo stoccaggio dell'energia termica. Poiché il nitrato di litio è una sostanza igroscopica, occorre verificarne la purezza prima di utilizzarlo per la sintesi o altre applicazioni. Il saggio di purezza viene eseguito con titolazione per precipitazione completamente automatica tra litio e fluoruro in una soluzione etanolica. Il vantaggio della titolazione è che il nitrato di litio non va diluito dopo lo scioglimento nell'etanolo, come accade con altre tecniche, quali ICP-MS.

Il mercato delle batterie agli ioni di litio è in continua crescita a causa dell'enorme richiesta di prodotti di consumo alimentati a batteria. I cosiddetti "NCM", una miscela di ossidi di nichel, cobalto e manganese, stanno raccogliendo interesse come materiali catodici, in sostituzione di composti tradizionali come gli ossidi di cobalto.Analisi di qualità dei materiali post-sinterizzati o le batterie riciclate possono essere eseguite mediante titolazione, come dimostrato in questa nota applicativa. Un'analisi completamente automatizzata dei metalli corrispondenti può essere eseguita con OMNIS e le sue apparecchiature di pipettaggio.

La titolazione di Boehm è un'analisi quantitativa dei gruppi funzionali sulla superficie dei materiali carboniosi basata sulle reazioni di tali materiali con soluzione basiche di NaHCO3 (pKa = 6,4), Na2CO3 (pKa = 10,3) e NaOH (pKa = 15,7). Si tratta di un metodo economico che fornisce valori assoluti con precisione elevata dei gruppi funzionali accessibili e contenenti prevalentemente ossigeno presenti sulla superficie. In origine, la titolazione di Boehm fu sviluppata per materiali carboniosi, quali nero di carbonio conduttivo (CCB), carbone attivo, carbone poroso e grafite. Con questo metodo è possibile analizzare anche i materiali moderni a base di carbonio, come ad esempio grafene, ossido di grafene (GO) o nanotubi di carbonio.

Il valore del pH nel nerofumo, un additivo essenziale nelle moderne batterie agli ioni di litio, viene analizzato in modo accurato e affidabile in questa nota applicativa utilizzando il pHmetro 913 dotato di Unitrode easyClean secondo ASTM D1512 nonché ISO 787-9 e GB /T 1717-1986.

Le batterie al litio ferro fosfato offrono agli utenti sicurezza e durata. La speciazione polarografica valuta Fe(II) e Fe(III) nel materiale catodico, utile per diversi test.

La commercializzazione delle batterie agli ioni di litio, nel 1991, ha rappresentato il culmine dell'approfondita R&S condotta da scienziati e ingegneri di tutto il mondo nei decenni precedenti. Lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio e delle alternative batterie ricaricabili è continuato fino a oggi. Allorché il mondo sta rapidamente puntando verso una nuova era marcata da tecnologie verdi, è necessaria una R&S più pratica e più accurata per soddisfare le crescenti esigenze di sistemi di accumulo dell'energia, soprattutto nell'industria automobilistica. Questo libro bianco presenta i fondamenti della tecnologia delle batterie agli ioni di litio e guida il lettore attraverso le principali tecniche e terminologie nella ricerca sulle batterie agli ioni di litio.

Le batterie agli ioni di litio (LIB) sono le opzioni ricaricabili più comuni oggi disponibili. La produzione di LIB deve seguire rigorosi standard di qualità.

Con i reagenti Hydranal™ NEXTGEN FA, il contenuto di acqua nei chetoni può essere determinato in modo rapido e affidabile. Rispetto ad altri reagenti KF esistenti sul mercato per i chetoni, le reazioni secondarie vengono soppresse in modo misurabilmente migliore.

OMNIS Client/Server incrementa le prestazioni aziendali grazie alla gestione scalabile dei server, riducendo i costi grazie alla riduzione dell'hardware, del consumo energetico e della manutenzione in tutte le sedi.