Dans le monde entier, les batteries sont au cœur d'innovations révolutionnaires. On les retrouve aussi bien dans les appareils mobiles intelligents, dans les voitures électriques propres, dans les solutions intelligentes de gestion de l'énergie ou dans les systèmes de stockage d'énergie de masse pour compléter les énergies éolienne et solaire. Il est donc essentiel qu'elles fonctionnent aussi efficacement que possible et que les chercheurs et développeurs de batteries puissent continuer à développer des solutions pour améliorer encore davantage ces performances.

Que vous soyez associé à la recherche sur les batteries ou au développement des batteries, nos solutions d'analyse peuvent vous aider à obtenir des performances élevées plus rapidement et plus facilement. Des batteries lithium-ion aux technologies émergentes, telles que les sodium-ion, lithium-soufre, zinc-air ou les modifications à base de graphène, nos solutions vous aideront à optimiser vos matériaux pour obtenir la meilleure qualité de batterie. Elles peuvent également être utilisées pour les supercondensateurs graphène, qui peuvent compléter les batteries dans les applications nécessitant une puissance élevée de courte durée. 

En optimisant des facteurs tels que les matériaux d'électrode et les slurry grâce à nos solutions, vous pouvez obtenir des niveaux de performances optimaux et contribuer ainsi à la mise en œuvre des innovations qui créeront un monde plus durable et plus connecté.

Comment puis-je garantir la qualité de mes matériaux d'électrode ?

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La qualité des matériaux d'électrode est influencée par plusieurs facteurs, pour lesquels nos solutions peuvent vous être utiles :

Taille des particules : la taille des particules des matériaux d'électrode joue un rôle important au niveau des performances de la batterie. Les variations de taille des particules doivent généralement être mesurées et optimisées régulièrement pour maintenir des performances de batterie constantes, idéalement, tout au long du processus de production.
À l'aide de la diffraction laser, notre Mastersizer 3000 offre la méthode la plus facile et la plus précise pour mesurer la taille des particules des matériaux de cathode et d'anode. En outre, pour les environnements de procédés industriels, il peut être remplacé par notre granulomètre en ligne Insitec pour fournir des données en temps réel pour le contrôle de procédé.

Forme des particules : la forme des particules dans les matériaux d'électrode de batterie permet de libérer le potentiel d'un matériau donné pour produire la batterie la plus performante. Plus précisément, la forme des particules affecte la rhéologie du slurry, ainsi que la densité de compactage, la porosité et l'uniformité des revêtements des électrodes. 
Par conséquent, pour atteindre les niveaux les plus élevés de performances en matière de batterie, les fabricants doivent être en mesure d'analyser et d'optimiser la morphologie des particules. Morphologi 4, notre outil d'imagerie optique, peut analyser la taille et la forme d'ensembles de particules statistiquement pertinents en quelques minutes seulement, pour vous donner toutes les informations essentielles dont vous avez besoin pour optimiser votre slurry de batterie.

Phase cristalline : la phase cristalline fait référence à la structure des matériaux à l'échelle atomique, c'est-à-dire l'échelle à laquelle le transport ionique ou électronique se produit ou est entravé. La composition de la phase cristalline affecte la qualité globale du matériau de l'électrode et son adéquation à la fabrication des cellules de batterie. Et, en matière d'analyse de phase cristalline, la diffraction des rayons X (XRD) représente la technique de choix. 

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Aeris, notre diffractomètre à rayons X compact, est un instrument simple d'utilisation, doté d'une qualité de données exceptionnelle. Il peut être utilisé pour analyser avec précision les données suivantes :

  • Composition en phase cristalline et présence de réactifs résiduels (pour optimiser le processus de cuisson)
  • Taille de cristallite (liée à la taille principale des particules)
  • Degré de graphitisation dans le graphite d'anode synthétique

   
Composition chimique et impuretés : la détection régulière des impuretés et des modifications de la composition élémentaire dans les matériaux de cathode et d'anode est essentielle pour garantir la qualité de la batterie. La fluorescence X (XRF) est une alternative à la spectroscopie par plasma à couplage inductif (ICP) qui permet d'analyser ces changements de composition chimique et ces impuretés, de seulement quelques ppm à 100 %. 

En effet, pour les éléments majeurs à faible pourcentage, la fluorescence X offre un moyen plus simple et plus précis de mesurer la composition élémentaire que l'ICP, car elle ne nécessite pas de dilution d'échantillon ou de digestion acide. De nombreuses grandes entreprises de batteries utilisent nos spectromètres de paillasse XRF E4 ou Zetium WDXRF pour analyser les matériaux de cathode et précurseur. 

 

Comment optimiser le slurry d'électrode et garantir sa stabilité ?

Le slurry de batterie comporte de nombreux composants : le matériau de l'électrode, le carbone ou le graphène, le liant polymère et le solvant. Leur structure interconnectée joue un rôle important dans la qualité des revêtements des électrodes. Bien que la taille et la forme des particules aient une influence sur la densité et la porosité des revêtements, un autre facteur important à considérer est le potentiel zêta. Le potentiel zêta des particules d'électrode dans le slurry détermine si les particules sont sujettes à l'agrégation.
 
Les particules à fort potentiel zêta repousseront la formation d'une dispersion stable, tandis qu'un faible potentiel zêta entraînera une agrégation de particules. Ceci, en retour, entraîne une non-uniformité du revêtement de l'électrode, diminuant alors les performances de la batterie. Le potentiel zêta affecte également la mouillabilité de la surface métallique. Notre Zetasizer peut vous aider à optimiser le potentiel zêta afin d’améliorer la qualité de vos revêtements d'électrodes, avec une précision, une répétabilité et une homogénéité exceptionnelles.

Comment puis-je améliorer les performances des batteries avec le graphène ?

Dans l'industrie de la batterie, le graphène est connu pour améliorer les performances des matériaux de cathode et d'anode en fournissant un réseau de conduction électronique. Lors de la modification du matériau de cathode avec le graphène, le potentiel zêta peut avoir une incidence significative sur l'interaction entre le graphène et les particules de cathode au lithium. 
 
Pour vous aider à surveiller ce phénomène et en vue de rendre votre amélioration du graphène aussi efficace que possible, notre système Zetasizer peut analyser le potentiel zêta des particules de graphène et de cathode. Il peut également vous aider à ajuster les valeurs de pH pour une interaction optimale. Ainsi, l'utilisation du graphène ajoute une valeur maximale aux performances de votre batterie.

Vous travaillez avec des supercondensateurs et des ultracondensateurs ?

Les supercondensateurs basés sur le graphène ou le charbon actif complètent les batteries dans des applications nécessitant une puissance élevée de courte durée. Les supercondensateurs sont très similaires aux batteries en termes de matériaux. En effet, la taille des particules, la morphologie, les phases et les intercouches, la rhéologie et les changements de phase associés aux cycles de charge/décharge jouent un rôle tout aussi important pour les supercondensateurs que pour les batteries. Et, fort heureusement, nos solutions innovantes peuvent également être utilisées pour analyser et améliorer les performances des supercondensateurs.

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