Batterijen helemaal opgeladen met RheoSense

Oplaadbare batterijen: iedereen heeft ze wel ergens. Het is handig en milieuvriendelijk. 

Maar heb je al eens stilgestaan bij de technologie achter een herlaadbare batterij?

Oplaadbare batterijen

Oplaadbare of herlaadbare batterijen zijn elektrische batterijen die opnieuw kunnen worden opgeladen en hergebruikt. Dergelijke batterijen worden voor uiteenlopende doeleinden gebruikt en bestaan in alle denkbare soorten en maten. Je vindt ze onder meer in draagbare apparaten (waaronder onze draagbare viscometer microVISC™), elektrische voertuigen en nog veel meer. Omdat elektrisch gestuurde producten niet meer weg te denken zijn in ons dagelijks leven en we naar een batterij streven die lang meegaat, is continu onderzoek en ontwikkeling vereist.

Viscositeit van batterijen

Oplaadbare batterijen zijn samengesteld uit enkelvoudige of meervoudige elektrochemische cellen. De prestatie van de laad- en ontlaadcyclus in herlaadbare batterijen wordt gemeten a.d.h.v. de ionengeleidbaarheid. Ionentransport of geleidbaarheid is een belangrijke parameter voor snelle en efficiënte herlaadbare batterijen.

Voorbeeld: in een Li-ion batterij bewegen de lithium-ionen door het oplosmiddel waarin het ionenzout is opgelost. De geleidbaarheid van deze ionen bepaalt de prestaties van de laad- en ontlaadsnelheid van de herlaadbare batterij.

De twee fysische eigenschappen die de ionengeleidbaarheid beïnvloeden, zijn de viscositeit (η) en de diëlektrische constante (ε) van de elektrolytoplossing. Het meten van de viscositeit van batterijen is bijgevolg een cruciale schakel in de optimalisatie van de efficiëntie van een batterij. Het spreekt voor zich dat hier degelijk en uiterst nauwkeurige testapparatuur voor vereist is.

Het bekomen van een optimale samenstelling van deze twee factoren helpt onderzoekers en batterij ingenieurs bij de ontwikkeling en de kwaliteitscontrole van batterijen. Hiervoor worden mengsels van oplosmiddelen gebruikt.

De karakterisering van de viscositeit met traditionele viscositeitsmeters brengt echter grote uitdagingen met zich mee:

• Solventen kunnen een zeer lage viscositeit hebben (~1 mPa-s) waardoor nauwkeurigheid en herhaalbaarheid een absolute vereiste zijn.
• De vluchtige oplosmiddelen moeten tijdens de test afgesloten blijven om verdamping en verontreiniging  te voorkomen.

Oplosmiddelen zijn vaak duur en beperkt in hoeveelheid waardoor zeer kleine monstervolumes noodzakelijk zijn.

Elektrolytoplossingen en al zijn uitdagingen

De uitdaging bij de ontwikkeling van een oplaadbaar batterijelektrolyt is dus het bepalen van die optimale verhouding tussen viscositeit en diëlektrische constante. Zoals blijkt uit de Stokes Einsteinvergelijking is de mobiliteit van ionen omgekeerd evenredig met de viscositeit (η).

Het nauwkeurig meten van de viscositeit van oplosmiddelen is essentieel voor een succesvolle ontwikkeling van batterijen. Viscositeitsmetingen worden gebruikt om deze mengsels van oplosmiddelen te optimaliseren. Het meten van de viscositeit is echter een uitdaging met traditionele viscometers.

Viscometer met VROC® technologie

RheoSense biedt met zijn VROC® technologie de oplossing om de ontwikkeling van elektrolytoplossingen voor oplaadbare batterijen aanzienlijk te vereenvoudigen.

Er zijn belangrijke uitdagingen verbonden aan het meten van de viscositeit van oplosmiddelen en elektrolyten:

• veel van de oplosmiddelen hebben een zeer lage viscositeit (1 mPas)
• het met uiterste nauwkeurigheid meten van vloeistoffen met lage viscositeit
• moeilijkheden met herhaalbaarheid
• kleine verschillen in de absolute waarde van de viscositeit beïnvloeden op aanzienlijke wijze de ionenmobiliteit
• de meeste oplosmiddelen (zoals ethylmethylcarbonaat en dimethylcarbonaat) zijn vluchtig, zelfs wanneer het kookpunt relatief hoog is
• de vluchtigheid maakt het moeilijk en onveilig om de viscositeit te meten bij temperaturen die dicht bij het kookpunt liggen

RheoSense pakt met zijn innovatieve VROC® technologie de uitdagingen aan van monsters met klein volume en volatiliteit.

De VROC® chiptechnologie zorgt voor een uiterst nauwkeurige analyse van de viscositeit als functie van de elektrolytenconcentratie.

De voordelen op van de VROC® aangedreven viscometers m-VROC® en microVISC®:

• nauwkeurige en herhaalbare viscositeitsmeting van monsters met zowel lage als hoge viscositeit
• klein monstervolume
• volledig afgesloten monster
• geen verdamping van kostbare monsters
• geen waterverontreiniging

RheoSense m-VROC® viscometer voor de meest uitdagende elektrolytoplossingen

De RheoSense m-VROC® is vandaag één van de meest toonaangevende geautomatiseerde viscometers op de markt. De m-VROC® is de beste keuze voor viscositeit analyse van kleine monsters. Hij heeft het grootste dynamische bereik: viscositeitsmetingen met een afschuifsnelheid tot 1.400.000 s-1 met slechts een 50 microliter monster.

De m-VROC® biedt uiterst nauwkeurige data met extreem kleine monstervolume vereisten met daarbij een breed dynamisch werkingsgebied. Hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid maken van de m-VROC® de ideale metgezel voor R&D en QC toepassingen.

Alle kenmerken op een rijtje:

• nauwkeurigheid van 2% van de aflezing
• herhaalbaarheid van 0.5% van de aflezing
• kleinste monstervolume
• shear viscositeit bereik van 0,2 tot 100.000 mPa-s
• schuif snelheidsbereik van 0.5 tot 1,400,000 s-1
• temperatuurregeling van 4 tot 70°C
• VROC® technologie en  werkingsprincipe

Is de m-VROC® de missing link binnen je labo-testapparatuur?

Gerelateerde berichten