Solutions for Lead-Acid Batteries, Lithium-Ion Batteries, and Fuel Cells

Význam tématu

Výroba a provoz olověných a lithium-iontových baterií a palivových článků vyžaduje přesné stanovení fyzikálně-chemických vlastností klíčových materiálů a elektrolytů. Správná kontrola parametrů, jako je koncentrace kyseliny sírové, distribuce velikosti částic, pórovitost nebo viskoelastické chování past, přímo ovlivňuje výkon, životnost a bezpečnost baterií či palivových článků.

Cíle a přehled studie / článku

Předložený text představuje portfolio měřicích přístrojů pro optimalizaci výroby, údržby a výzkumu:

• Řešení pro olověné akumulátory – laboratorní a přenosné metody měření koncentrace elektrolytu.
• Řešení pro lithium-iontové baterie – kontrola surovin, příprava past, charakterizace povrchů, porozity a reologie.
• Řešení pro palivové články – analýza velikosti částic, pórovitosti a zeta potenciálu pro katalyzátory i membrány.

Použitá instrumentace

• Digitální hustotní měřiče / digitální hustoměry pro koncentraci H2SO4.
• Analyzátory velikosti částic a zeta potenciálu.
• Rheometry pro simulaci mixovacích procesů a měření viskoelastických vlastností past.
• Analýza povrchové plochy a pórovitosti (adsorpce plynu, porozimetrie Hg).
• Pyknometry pro stanovení skutečné hustoty pevných materiálů.
• Ramanova spektroskopie a termogravimetrie pro kvalitu surovin.
• Malokoutkové rentgenové rozptylování (SAXS) pro in situ sledování elektrochemických procesů.
• Microwave digestion a syntéza pro přípravu vzorků k elementární analýze.
• Testery bodu vzplanutí pro hodnocení termální bezpečnosti elektrolytů.

Hlavní výsledky a diskuse

Díky kombinaci výše uvedených metod bylo možné:

• Rychle a spolehlivě stanovit koncentraci elektrolytů a tím sledovat stav nabití a kvalitu baterií.
• Optimalizovat složení past pro elektrody úpravou velikosti částic, povrchové plochy a reologických parametrů.
• Minimalizovat variabilitu šarží katalyzátorů a zlepšit homogenitu pórů pro lepší proudění plynů v palivových článcích.
• Zajistit reprodukovatelnost přípravy nových materiálů a kontrolu jejich chemického složení i morfologie.

Přínosy a praktické využití metody

• Úspora času při měření díky automatizované analýze malých objemů vzorků.
• Snížení nákladů na suroviny a odpad díky včasné detekci odchylek kvality.
• Vylepšená bezpečnost provozu baterií a palivových článků testováním termální stability.
• Jednoduché nasazení v laboratoři i v terénu pomocí přenosných přístrojů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření inline monitoringu v reálném čase s využitím průmyslových IoT platforem a umělé inteligence pro prediktivní údržbu. Dále jsou perspektivní pokročilé spektroskopické metody kombinované s chemometrickými modely a vývoj nových nanostrukturovaných materiálů pro zvýšení energetické hustoty a životnosti.

Závěr

Integrované využití širokého spektra měřicích technik zajišťuje komplexní pohled na proces výroby a provozu baterií a palivových článků. To umožňuje optimalizovat parametry materiálů, zvýšit spolehlivost a efektivitu a zajistit vyšší bezpečnost finálních produktů.