1. עקרון תהליך הליבה
בהכנת אלקטרודות סוללה ניתן לחלק את תהליך ריסוס האטרומיות הקולי ל -4 שלבי מפתח:
1.1 הכנת slurro אלקטרודות: ערבבו חומרים פעילים (כגון חלקיקי LifePo₄), קלסרים (כגון PVDF), חומרים מוליכים (כמו שחור פחמן) עם ממיסים (כמו NMP) לייצור slurry אחיד (תוכן מוצק הוא בדרך כלל 40%- 70%) כמסריס "חומרי גלם".
1.2 משלוח ואסריזציה של Slurry: Slurry מועבר לראש האטרומיות הקולי דרך משאבת עירוי מדויקת. הוויברטור הפיזואלקטרי של ראש ההתרחשות רוטט באלימות תחת עירור של אות חשמלי גבוה - תדר (בדרך כלל 20kHz - 100kHz), ומפר את ההחלפה לטיפות זעירות בקוטר של 1 - 30 מיקרון (ניתן להתאים את גודל הטיפה בתדר: ככל שהתדירות גבוהה יותר, ככל שהטיפות הורחיות).
1.3 משלוח כיווני של טיפות: טיפות האשזה האטומיות מונעות על ידי גז נשא (כמו אוויר יבש, חנקן) ליצירת קרן ריסוס יציבה, המרוססת במדויק על פני האספן הזרם הנע (אספן הזרם מועבר בדרך כלל על ידי חגורה מסוע).
1.4 היווצרות וייבוש ציפוי: הטיפות מתפשטות במהירות ומתמזגות על פני האספן הנוכחי ליצירת ציפוי רציף ואז נכנסים לתעלת הייבוש (להסרת הממס), ובסופו של דבר יוצרים ציפוי אלקטרודה בעובי מסוים (בדרך כלל 5 - 200 מיקרון).
2. יתרונות ליבה בהשוואה לטכנולוגיית ציפוי אלקטרודות מסורתית
בייצור אלקטרודות סוללות, לטכנולוגיות מסורתיות (כמו ציפוי להב וציפוי חריץ) סובלים מבעיות כמו אחידות ציפוי לקויה, פסולת חומרית גבוהה ויכולת הסתגלות חלשה לצמיגות גבוהה/slurry תוכן מוצק גבוה. היתרונות של ריסוס אטומיזציה קולית בולטים במיוחד:
פָּרִיט | ריסוס קולי | ציפוי להב / ציפוי חריץ קונבנציונאלי |
ציפוי אחידות | הטיפות עדינות ומרוכזות, ניתן לשלוט על סטיית עובי הציפוי בטווח של ± 1%, ואין ליקויים כמו "עיבוי קצה" ו"פינאי ". | רגיש לתנודת צמיגות slurry, סטיית עובי היא בדרך כלל ± 5%- 10%, וחומר מצטבר בקלות על הקצה |
ניצול חומרים | הטיפות הן כיווניות ביותר, כמעט נטולות סחף, ושיעור השימוש מגיע ל 85% - 95% (עלות החומרים הפעילים גבוהה, כך שהיתרון הזה הוא משמעותי) | הקלה קל להישאר ולטפטף, ושיעור הניצול הוא רק 50%- 70% |
בקרת עובי ציפוי | ניתן להשיג ציפויים דקים (עד מיקרון 1) ניתן להשיג בעובי מתכוונן ברציפות, המתאימים לסוללות צפיפות אנרגיה גבוהה (ציפויים דקים מקצרים נתיבי דיפוזיה של יונים)) | קשה להכין ציפויים דקים במיוחד <10 מיקרון, וטווח התאמת העובי הוא צר |
יכולת הסתגלות slurry | יכול להתמודד עם תוכן מוצק גבוה (> 60%), צמיגות גבוהה (> 1000 סמ"ק) סלידות, להפחית את השימוש בממס (ידידותי יותר לסביבה) | יכולת הסתגלות לקויה לתוכן מוצק גבוה/slurry צמיגות גבוהה, קל לסתימת יציאת הציפוי |
נזק לאספן הנוכחי | אין קשר מכני (ראש המרסס אינו פונה לאספן הנוכחי), המתאים לאספנים זרם דק במיוחד (כגון נייר נחושת מתחת ל 6 מיקרומטר) | המגרד נמצא במגע ישיר עם האספן הנוכחי, שיכול לשרוט בקלות את האספן הנוכחי הדק. |
היישום של ריסוס אטומיזציה קולית בשדה הסוללות עבר מהמעבדה לייצור גדול - בקנה מידה, ותרחישי הליבה כוללים:
3.1 ליתיום - ציפוי אלקטרודות סוללות יון
אלקטרודה חיובית: ציפוי חומרים טרנריים (NCM), ליתיום ברזל פוספט (LFP) וכו 'על פני נייר אלומיניום, המתאים במיוחד לטרנרי ניקל גבוה (כמו NCM811) - לסוג זה של חומר יש דרישות גבוהות במיוחד לאחידות הציפוי, אחרת קל לגרום לברחה תרמית בגלל תגובות מקומיות לא אחידות.
אלקטרודה שלילית: גרפיט ציפוי וסיליקון - חומרים מבוססי על פני סכל נחושת (סיליקון - אלקטרודות שליליות מבוססות קלים להרחבה, וציפוי אחיד יכול להפחית את הקרע במהלך זרימת הדם).
יתרונות: שפר את העקביות של צפיפות פני האלקטרודה (סטיית צפיפות פני השטח <1%), הפחיתו את "תופעת הקיטוב" במהלך טעינת ופריקה של סוללות, והרחיבו את חיי המחזור (ניתן להגדיל 20%- 30%).
3.2 ציפוי שכבת זרז תאי דלק
צריך להיות מרכיב הליבה של תאי דלק (כגון תאי דלק מימן), "אלקטרודה ממברנה (MEA)", צריך להיות מצופה זרזים מבוססי פלטינה - על פני קרומי חילופי פרוטון (יקרים במיוחד). ריסוס אטומיזציה קולי יכול להטמיע את slurry הזרז (פיזור חלקיקי פלטינה) ל -5 - 10 מיקרון טיפות, ויוצר שכבת זרז בעובי אחיד (± 0.5 מיקרון), ושיעור השימוש בפלטינה מוגדל ליותר מ 60%(השיטה המסורתית היא 30%בלבד - 40%), מה שמפחית מאוד את העלות.
3.3 מוצק - ציפוי אלקטרוליט סוללות מצב
האלקטרוליט של סוללות מצב מוצקות - (כגון סולפיד ותחמוצת אלקטרוליטים מוצקים) צריך ליצור שכבה דקה רציפה (1 - 5 מיקרון) על פני האלקטרודה. ריסוס אטומיזציה קולי יכול להימנע מ"נזק הלחץ "של ציפוי מסורתי, להבטיח ששכבת האלקטרוליט היא סדק - חופשי, ולשפר את יעילות ההולכה של היונים.