Milliseid ettevaatusabinõusid tuleb võtta tahkaste elektrolüütidega akude valmistamisel käevarrusse?

Tahkete aku-akude arendamise ja tootmise ajal on materjalid äärmiselt tundlikud niiskuse ja hapniku suhtes, mistõttu ei sobi tavapärane õhukeskkond eksperimentidele. Inertgaasiga käevaru on põhiseadeldis „ultra-puhta, väga madala niiskus- ja hapnikusisaldusega“ keskkonna loomiseks ning selle erinevad tehnilised parameetrid määravad otseselt tahkete aku-akude tootmise edu või ebaõnnestumise ning andmete taaskorratavuse.

I. Range kontroll madalate niiskus- ja hapnikutasemete üle: säilitatakse „kahekordne null“ ekstreemne keskkond <1 ppm

Paljud tahkete aku-akude südamikmaterjalid hüdrolüüsiduvad väga kergesti juba väikseima niiskushulga korral, vabanedes äärmiselt mürgise ja süttiva vesiniksulfiidiga; samas muutuvad liitiummetall-anoodid hapniku mõjul kergesti pinnas passiivseks, mis takistab ioonide liikumist.

Enne tahke elektrolüüdi põhitöötluste, nagu hõõrumine, segamine ja pressimine, tegemist tuleb tagada, et käsitserežiimi (glove box) sisemises keskkonnas on vee ja hapniku sisaldus pidevalt stabiilne ja väga madal – alla 1 ppm. Uurijad peavad jälgima käsitserežiimi sisemiste vee ja hapniku sensorite näitajaid reaalajas. Kui tekib mingisugune kõikumine, tuleb tundlike materjalide kokkupuude kohe katkestada.

II. Materjalide sissemise ja väljumise ning üleminekukambriga seotud juhtimine: „surnud tsooni niiskuse“ sissetoomise ennetamine

Käsitserežiimi sisemise keskkonna halvenemine tuleneb sageli väikestest kogustest õhus olevat adsorbeerunud vett, mida tuuakse sisse välistest materjalidest. Kas tegemist on klaasnõude, roostevabast terasest vormide või elektrolüüdi lähtematerjalidega – nende pinnale tekib õhus viibides molekulaarsel tasandil vesikiht.

Kui materjalid sisenevad käevarbasse, peavad nad läbima range ülekandekambrisse toimuvat asendust. Tahkete akude valmistamisel soovitatakse tugevalt kasutada roostevabast terasest vaakumülekandekambriga, millel on kuumutusvõimalus. Samal ajal kui teostatakse vaakumit, võimaldab kõrgtemperatuuriline küpsetamine vormide, klaaspudelite jne pinnale kinnitunud tugevat niiskust täielikult eemaldada. Enne iga ülekandekambrisse sisemise ukse avamist tuleb kinnitada, et vaakumitäitmise tsükkel on täielikult saavutanud standardi; ülekandekambrisse otse avada ilma ülekandeta või piisavat vaakumit puududes on rangelt keelatud.

III. Mikropositiivne rõhk ja rõhu kõikumiste reguleerimine: väliste lekkevate vältimine

The käepidaja hoiab väliskeskkonnaga võrreldes veidi positiivset rõhku, et takistada välist õhku sisenemast. Siiski võib sisemise rõhu kõikuda drastiliselt käevarbade käsitsi kasutamisel või suurte sisemiste seadmete liigutamisel.

1. Tahkete elektrolüütidega akude valmistamisel soovitatakse kindlaks määrata käevarruse turvaline töösururada vabalt vahemikus ±10 mbar kuni ±15 mbar.

2. Kasutamise ajal tuleb jalaklahvi oskuslikult kasutada rõhu manuaalseks reguleerimiseks, et vältida kindlalt käe sisse lükkamisel tekkivat äklist kõrgsurve, mis võib kahjustada kindaid, ning käe välja tõmbamisel tekkivat äklist negatiivset survet, mis võib põhjustada välist õhku tagasivoolu.

3. PLC automaatne rõhukaitsefunktsioon peab olema lubatud. Ootamatul rõhukõrvalekaldel peab süsteem automaatselt välja lülituma või rõhku taastama.

IV. Puhastusveergude „mürgituse“ vältimine orgaaniliste lahustite ja auruvate ainete poolt

Mõned tahkete elektrolüütidega akude protsessid hõlmavad segu valmistamiseks ja kuivatamiseks orgaaniliste lahustite, näiteks NMP, atsetonitril ja ksüleen, kasutamist.

Gaasjas orgaanilised lahustid, mis sisenevad puhastusveergu ringlusssüsteemi kaudu, katab lihtsalt molekulaarsõlmede ja vasakatalüsaatorite pinnad, põhjustades puhastusmaterjalide "mürgitumise" ja ebaefektiivsuse. Seega tuleb eksperimentides, kus toimub lahusti aurustamine, ringlusssüsteemi ette paigaldada eraldi lahusti puhastaja või aktiveeritud süsiniku adsorptsiooniseade. Suurtes lahusti aurustamistoimingutes tuleb peamise puhastusveeru ringlus ajutiselt seisma panna ja kasutada tangi puhastusfunktsiooni lahusti aurude eemaldamiseks. Peamist puhastusringlust tuleb taaskäivitada alles pärast aurustamise lõpetamist, et pikendada seadme eluiga.

V. Järeldus

Kõrgtasemeliste tahkete olekuga akude tootmine on range test "mikrokeskkonna kontrollimise" osas. Kindlate parameetrite, nagu 304-stainless-terasest kaitsekorpusa vaakumtiheduse tagamine, vee ja hapnikusisalduse täpne säilitamine ning soojutusüleminekukambriga lähtekohas kontrollimine, mõistmine ja valdamine on oluline. Ainult siis, kui need seadmeomadused integreeritakse põhjalikult igasse eksperimentaalsesse sammusse, saab tegelikult vältida materjalide halvenemist ja saavutada täpseid ning korduvaid tahkete olekuga akude uuringute tulemusi.