Como o XRF se compara ao ICP para análise elementar de baterias

XRF vs ICP: qual é a melhor escolha para análise elementar de baterias?  

As baterias são essenciais para a transição energética, mas isso significa que a pressão para aumentar a taxa de produção é imensa. Para garantir qualidade consistente, os fabricantes usam análise elementar para monitorar a presença de materiais como níquel, manganês e cobalto (NMC) seja nas matérias-primas ou durante o processo de produção.  

No entanto, como essa análise pode acompanhar o aumento de produtividade que o crescimento da indústria exige? Em muitas indústrias, existem duas principais opções quando se trata de análise elementar: espectroscopia por plasma acoplado indutivamente (ICP) ou Fluorescência de Raios X (XRF). Continue lendo para descobrir as limitações do ICP em ambientes de alta produtividade e por que o XRF é uma poderosa alternativa.  

Visão geral: XRF vs. ICP 

• XRF (Fluorescência de Raios X): 
  • XRF é uma técnica não destrutiva que determina a composição elementar de amostras sólidas, líquidas ou em pó. 
  • Não necessita de calibrações frequentes, sendo fácil de operar e manter.
  • É particularmente eficaz para controle de qualidade em linha na produção de baterias devido à sua velocidade, simplicidade e capacidade de analisar uma ampla gama de elementos e concentrações com preparação mínima de amostras​. 

• ICP (Espectroscopia por Plasma Acoplado Indutivamente): 
  • ICP é uma técnica de análise elementar destrutiva que requer a dissolução das amostras em ácido para análise.
  • ICP requer calibrações muito frequentes e fluxo de gases como o Ar.
  • Conhecido por sua alta sensibilidade e precisão, o ICP é excelente para elementos traço. No entanto, o tempo longo necessário para a dissolução das amostras e o cuidado que um operador especializado deve ter ao manusear os ácidos agressivos o tornam inadequado para controle de qualidade em linha.  

Para a análise de composição elemental de baterias, a principal diferença entre ICP e XRF reside nas suas respectivas necessidades de preparação de amostras. Isso faz uma diferença entre o ciclo de feedback rápido e operação fácil do XRF e o ciclo de feedback mais longo e necessidade de um operador especializado do ICP.  

Analisando mais de perto ambas as técnicas, podemos encontrar outras diferenças em três áreas principais: calibração do instrumento, velocidade de análise e automação, e eficiência de custo. 

As vantagens da calibração de instrumentos XRF 

O XRF é, fundamentalmente, uma técnica comparativa. Isso significa que são necessários padrões de calibração, já que o instrumento mede as amostras ‘contra’ esses padrões para rastrear elementos e interpretar com precisão até mesmo amostras desconhecidas. Uma calibração ampla é geralmente preferida, pois permite uma análise precisa em uma variedade de tipos de amostra, o que é crucial para a fabricação de catodos de baterias.  

Usamos materiais de referência certificados (CRMs) como padrões de calibração. No entanto, existe apenas um CRM comercial para NMC. É por isso que desenvolvemos um kit de calibração com materiais de referência sintéticos produzidos em nossa instalação credenciada pela ISO no Reino Unido. O benefício do XRF é que, uma vez que um instrumento é calibrado com esses padrões, a calibração permanece estável por meses ou até anos, com necessidade mínima de correção de desvio! 

Em contraste, o ICP muitas vezes requer intervalos estreitos de calibração para melhorar a precisão em níveis específicos de concentração. O ICP também recomenda recalibração regular, muitas vezes semanal, e correções de desvio, tornando-o mais intensivo em mão de obra, especialmente em ambientes de alta produtividade.  

A velocidade e automação do XRF 

O ICP requer uma preparação de amostra extensa e cuidadosa devido ao uso de produtos químicos perigosos, como ácido sulfúrico e ácido fluorídrico. Como tal, os instrumentos ICP são normalmente limitados a análise fora de linha no laboratório. Apesar de sua excelente precisão, o ICP é assim menos apropriado para análise no local em um ambiente de produção do que o XRF. 

De fato, os instrumentos XRF se destacam na análise no local tanto para produção quanto para reciclagem de baterias. Por exemplo, o design robusto e formato de bancada do Epsilon 4 significa que ele pode ser facilmente configurado perto da linha de processo, e os operadores podem analisar amostras rapidamente, de forma simples e com preparação mínima de amostras.  

Para aplicações de alta precisão, as amostras podem ser preparadas como pérolas fundidas via fusão de borato de lítio. A máquina de fusão automática Eagon 2 permite que esse tipo de preparação de amostra seja concluído em 30 minutos, adicionando apenas uma pequena quantidade de tempo à análise, mas aumentando significativamente sua precisão.  

Realizamos um experimento de XRF com pérolas fundidas usando o analisador de XRF Zetium. Leia a nota de aplicação abaixo para saber mais.  

Para processos líquidos, o XRF pode até ser integrado à linha de produção com o Epsilon Xflow. Os operadores podem, portanto, obter dados em tempo real sobre os efeitos dos seus parâmetros de processo, ajudando a reduzir o desperdício e melhorar a qualidade do produto final por meio de decisões baseadas em dados.  

XRF: Uma solução econômica 

A simplicidade e estabilidade das calibrações de XRF fazem dele uma escolha econômica: a manutenção é necessária com menor frequência, e os instrumentos têm mais tempo de operação semanal do que com o ICP. Um dos maiores benefícios de custo do XRF, no entanto, é a sua facilidade de uso sem riscos. Investir em um instrumento ICP também significa contratar um especialista em ICP para realizar a preparação de amostras; investir em um instrumento XRF não exige isso. Assim, os instrumentos XRF têm um custo de operação muito menor.  

O XRF destaca-se assim como a técnica mais versátil, econômica e produtiva para a indústria de fabricação de baterias de ritmo acelerado.  

Quer ver como o XRF funciona na prática? Então assista a este webinar sobre análise de XRF no controle de processos de fabricação de catodos de baterias! 

Leitura complementar

• Análise de composição elementar de catodos de Níquel-Manganês-Cobalto e seus materiais precursores usando o espectrômetro Epsilon 4 ED-XRF
• Análise de composição elementar de catodos de Níquel-Manganês-Cobalto e seus materiais precursores usando Zetium WDXRF
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• Dos Especialistas: Criando um kit de calibração de XRF para materiais de baterias
• Como a calibração de XRF ajuda a melhorar a produção de baterias NMC