Сварочные электроды ЦЛ-11 по низкой цене. Электроды ЦЛ-11 от производителя
Классификация:
Э 08Х20Н9Г2Б ГОСТ 10052-75, ТУ BY 00172845.015-2013
E347-16 AWS A5.4
Е 19 9 Nb R ISO 3581
Свариваемые материалы:
06Х18Н11, 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Н18Н10Т, 08Х18Н12Б, 08Х18Н12Т, 03Х18Н11, 08Х22Н6Т.
Тип покрытия:
рутиловое (основное покрытие — по заказу).
Сварка ответственных конструкций из коррозионностойких хромоникелевых сталей, когда к металлу шва предъявляют требования по стойкости к межкристаллитной коррозии. Металл шва отличается коррозионной стойкостью к агрессивным средам при температуре до 450-600˚С.
Электрод обладает высокими сварочно-технологическими свойствами:
— легким поджигом сварочной дуги, в том числе и повторном;
— стабильным горением дуги;
— незначительным разбрызгиванием металла;
— легким отделением шлаковой корки;
— отличным формированием шва.
Содержание ферритной фазы в наплавленном металле FN 2-10%
Род тока: ~ = +
Химический состав наплавленного металла:
Марка электродов |
Массовая доля элементов, % |
|||||||
углерод |
марганец |
кремний |
|
никель |
другие |
сера |
фосфор |
|
не более |
||||||||
ЦЛ-11 Оливер |
≤ 0. 08 |
0,5 -2,5 |
|
18,0-21,0 |
9,0-11,0 |
Nb 0,7-1,3, но не менее 8хС |
0,030 |
0,040 |
Механические свойства металла шва или наплавленного металла:
Временное сопротивление разрыву, Мпа: | не менее 520 |
Относительное удлинение, %: | не менее 25 |
Ударная вязкость (KCU), Дж/см2: | не менее 78,8 |
Рекомендуемые режимы сварки и прокалки электродов:
Диаметр электродов: | 2,5/ 3,0/ 4,0/ 5,0 |
Диапазон сварочного тока, А: | 45-65/ 50-90/ 110-150/ 120-180 |
Режим прокаливания перед использованием: | 190±10°С, 60 мин. |
Допустимое содержание влаги в покрытии перед использованием | 0,3 % |
Сварочные электроды ЦЛ-11 Оливер аттестованы Национальным Агентством Контроля Сварки (НАКС): |
вернуться к полному списку »
Электроды ЦЛ-11 (аналог ОК 61.85) / Электроды для дуговой сварки / Каталог
Маркировка:
AWS A 5.4:E 347-15 | ISO 3581-А — E 19 9 Nb В 22 | ГОСТ 9466 10052 | Э-08Х20Н9Г2Б-ЦЛ-11-Ш-ВД Е 2005-Б 20 |
- Покрытие: основное.
- Химический состав наплавленного металла: C — 0.05-0.12% / Si ≥ 1.3% / Mn — 1.0-2.5% / Cr — 18.0-22.0% / Ni — 8.0-10.5% / Nb — 0.7-1.3% / S — 0.20% / P — 0.03%.
- Механические свойства металла шва: Временное сопротивление ≥ 540 Н/мм2; Относительное удлинение ≥ 22%; Ударная вязкость ≥ 80 Дж/см2.
- Содержание феритной фазы в наплавленном металле 2,5-10%.
- Аналоги: [ESAB: OK 61.85], [ЛЭЗ: ЛЭЗ ЦЛ-11], [Böhler: FOX SAS 2-A], [СпецЭлектрод: ОЗЛ-7].
- Перед сваркой электродами ЦЛ-11 поверхность свариваемого металла необходимо очистить от всех загрязнений. При сваривании поддерживать короткую дугу и осуществлять сварку по возможности узкими валиками (без поперечных колебаний).
- Электроды ЦЛ-11 диаметром до 4,0 мм включительно используются для сварки постоянным током обратной полярности во всех пространственных положениях, за исключением вертикального «сверху-вниз». Электроды диаметром свыше 4,0 мм применяются для сварки во всех положениях, кроме потолочного и вертикального.
- Получаемый в процессе сварки электродами ЦЛ-11 шов обладает повышенной коррозийной устойчивостью, прочен и имеет привлекательный товарный вид. Это обеспечивается благодаря низкому содержанию газов и различных вредных примесей. Одной из отличительных особенностей марки ЦЛ-11 является то, что они рекомендованы при работе с конструкциями, имеющими повышенными требованиями касательно устойчивости к образованию межкристаллитной коррозии.
- В случае увлажнения прокалка 160-200°С — 60 мин.
- Сертификация: УкрСЕПРО; СтБ; ГОСТ Р
Электроды ЦЛ-11 TM Monolith д 3 мм: уп 1 кг | | Продукция
Сварочные электроды ЦЛ-11 TM Monolith
Вид покрытия – основное
AWS A 5. |
ISO 3581-А — E 19 9 Nb В 22 |
ГОСТ 9466 10052 |
Э-08Х20Н9Г2Б-ЦЛ-11-Ø-ВД Е 2005-Б 20
|
ТУ У 13668923.001-97
Назначение и область применения
Электроды ЦЛ-11 предназначены для сварки ответственных изделий из коррозионно-стойких хромоникелевых сталей марок 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б и им подобных, работающих в агрессивных средах, когда к металлу шва предъявляют требования стойкости к межкристаллитной коррозии.
Условия применения
Перед сваркой электродами ЦЛ-11 поверхность свариваемого металла необходимо очистить от всех загрязнений. При сваривании поддерживать короткую дугу и осуществлять сварку по возможности узкими валиками (без поперечных колебаний).
Электроды ЦЛ-11 диаметром до 4,0 мм включительно используются для сварки постоянным током обратной полярности во всех пространственных положениях, за исключением вертикального «сверху-вниз». Электроды диаметром свыше 4,0 мм применяются для сварки во всех положениях, кроме потолочного и вертикального.
Химический состав наплавленного металла, %
C |
Si |
Mn |
Cr |
Ni |
Nb |
S |
P |
0,05-0,12 |
≥ 1,3 |
1,0-2,5 |
18,0-22,0 |
8,0-10,5 |
0,7-1,30 но не менее 8С |
не более |
|
0,020 |
0,030 |
Содержание феритной фазы в наплавленном металле: 2,5-10%
Механические свойства металла шва
Временное сопротивление, Н/мм2 |
Относительное удлинение, % |
Ударная вязкость, Дж/см2 |
≥540 |
≥22 |
≥80 |
Особые свойства
Получаемый в процессе сварки электродами ЦЛ-11 шов обладает повышенной коррозийной устойчивостью, прочен и имеет привлекательный товарный вид. Это обеспечивается благодаря низкому содержанию газов и различных вредных примесей. Одной из отличительных особенностей марки ЦЛ-11 является то, что они рекомендованы при работе с конструкциями, имеющими повышенными требованиями касательно устойчивости к образованию межкристаллитной коррозии.
Сварочные данные
Сила сварочного тока, А, для электрода диаметром, мм |
||||
2 |
2,5 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
30-55 |
40-65 |
50-90 |
110-150 |
120-180 |
Упаковочные данные
Диаметр, мм |
Длина, мм |
Вес электрода, г |
Количество электродов в пачке, шт. |
Вес пачки, кг |
3,0 |
350 |
27-28 |
36-37 |
1 |
4,0 |
350 |
47-48 |
20-21 |
1 |
Аналоги
Производитель |
Марка электродов |
ESAB |
OK 61. 85 |
ЛЭЗ |
ЛЭЗ ЦЛ-11 |
Böhler |
FOX SAS 2-A |
СпецЭлектрод |
ОЗЛ-7 |
Прокалка перед сваркой
В случае увлажнения прокалка (180-200) °С — 60 мин.
Положение швов при сварке
PA PB PC PF PE EN 287
Сертификация:
УкрСЕПРО, СтБ, ГОСТ Р
Электроды ЦЛ-11 Плазма (3 мм; тубус; 3 шт) MONOLITH 31311 — цена, отзывы, характеристики, фото
Электроды ЦЛ-11 Плазма MONOLITH 31311 предназначены для ручной дуговой сварки устойчивых аустенитных коррозионностойких сталей 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, AISI 321, AISI 304, AISI 347 и им подобных, работающих в агрессивных средах при температуре до 450°С. Применяются для сварки емкостей, сосудов, работающих под давлением, трубопроводов, деталей оборудования в пищевой и нефтехимической промышленности, энергетическом машиностроении. Сварка ведется во всех пространственных положениях на постоянном токе обратной полярности и переменном токе. Электроды характеризуются высокими сварочно-технологическими свойствами, малым разбрызгиванием, самоотделением шлаковой корки, и формированием шва с плавным переходом к основному металлу. При нормальных условиях хранения не требуют прокалки перед сваркой. В случае увлажнения прокалка: 350-370°С 60 минут. Поставляется в тубусе, количество электродов в тубусе – 3 шт.
Внимание, изображение товара может отличаться от реального! Верные параметры указаны в технических характеристиках товара.
Химический состав наплавленного металла:
- Mn: ≤ 2 %;
- Si: ≤ 1 %;
- C: ≤ 0.08 %;
- P: ≤ 0.03 %;
- S: ≤ 0.025 %;
- Mo: ≤ 0.75 %;
- Cr: 18-21 %;
- Cu: ≤ 0.75 %;
- Ni: 9-11 %;
- Nb+Ta: до 1%.
Механические свойства металла шва:
- временное сопротивление: ≥ 550 МПа;
- относительное удлинение: ≥ 25%;
- ударная вязкость при 20°С: ≥47 Дж/см2;
- предел текучести: ≥ 350 МПа.
- Диаметр, мм 3.0
- Марка электрода ЦЛ-11
- Свариваемый материал нержавеющие стали
- Покрытие рутиловое
- Длина, мм 350
Этот товар из подборок
Параметры упакованного товара
Единица товара: упаковка 1 шт
Вес, кг: 0,11
Длина, мм: 385
Ширина, мм: 10
Высота, мм: 10
Произведено
- Украина — родина бренда
- Украина — страна производства*
- Информация о производителе
Указанная информация не является публичной офертой
На данный момент для этого товара нет расходных материаловСварочные электроды ЦЛ 11 — Бениамин и Ко.
620017, г. Екатеринбург.
ул. Фронтовых бригад 15, офис 209
тел: 8 (343) 213-33-73
8 (908) 63-62-184
e-mail: [email protected]
ГОСТ | Э-08Х20Н9Г2Б |
AWS | E347-15 |
ISO | E19.9NbB20 |
DIN | E19.9 NbB20 |
Сварочные электроды ЦЛ-11 -2
Сварочные электроды ЦЛ-11 -2,5
Сварочные электроды ЦЛ-11 -3
Сварочные электроды ЦЛ-11 -4
Сварочные электроды ЦЛ-11 -5
Основное назначение электродов ЦЛ 11
Сварочные электроды ЦЛ-11 предназначены для сварка изделий из коррозионно-стойких хромоникелевых сталей марок 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б и им подобных, когда к металлу шва предъявляют жесткие требования стойкости к межкристаллитной коррозии. Сварка во всех пространственных положениях шва постоянным током обратной полярности.
Характеристика электродов ЦЛ 11
- Покрытие электродов – основное.
- Коэффициент наплавки ЦЛ-11 – 11,0 г/А·ч.
- Производительность наплавки (для диаметра 4,0 мм) – 1,5 кг/ч.
- Расход электродов на 1 кг наплавленного металла электродов ЦЛ-11 – 1,7 кг.
Типичные механические свойства металла шва сварочных электродов ЦЛ-11
Временное сопротивлениеsв, МПа | Предел текучести sт, МПа | Относительное удлинение d5, % | Ударная вязкость aн, Дж/см2 |
660 | 420 | 34 | 120 |
Типичный химический состав наплавленного металла, %, Электроды ЦЛ-11
C | Mn | Si | Ni | Cr | Nb | S | P |
0,10 | 1,8 | 0,53 | 9,8 | 20,8 | 0,99 | 0,011 | 0,020 |
Геометрические размеры и сила тока при сварке электродами сварочными ЦЛ-11
Диаметр, мм электродов | Длина, мм ЦЛ-11 | Ток, А ЦЛ-11 | Среднее количество электродов в 1 кг, шт. |
2,0 | 290 | 30 – 55 | 103 |
2,5 | 290 | 40 – 65 | 66 |
3,0 | 340 | 50 – 90 | 48 |
4,0 | 350 | 110 – 150 | 26 |
5,0 | 440 | 120 – 180 | 14 |
Особые свойства сварочных электродов ЦЛ 11
Обеспечивает получение металла шва, стойкого к межкристаллитной коррозии при испытаниях по методу АМУ ГОСТ 6032—89 без провоцирующего отпуска. Содержание ферритной фазы в наплавленном металле 2,5-10% (типичное 6,1%).
Технологические особенности сварки электродами сварочными ЦЛ 11
Прокалка электродов ЦЛ-11 перед сваркой: 190-210°С; 1 ч.
Условное обозначение сварочных электродов ЦЛ 11
Э-08Х20Н9Г2Б—ЦЛ—11—Æ—ВД | ГОСТ 9466—75, ГОСТ 10052—75 |
Е—2005—Б20 |
Другие электроды
Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами
ЗАО «Электродный завод» | ЦЛ-11
Для сварки коррозионностойких аустенитно–ферритных сталей
Электрод ЦЛ–11
Э–08Х20Н9Г2Б–ЦЛ–11–d–ВД E–2005–Б20 | Обозначения по международным стандартам | ||||||||||||||||||||
ГОСТ 9466–75ГОСТ 10052–75 ТУ 1273–010–11142306–98 | ISO 3581–А AWS A 5. 4 | E 19.9NbB20 E 347–15 | |||||||||||||||||||
Область применения | Положение свариваемых швов | ||||||||||||||||||||
Для сварки ответственного оборудования из коррозионностойких хромоникелевых сталей марок 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б, и им подобных, когда к металлу шва предъявляются требования стойкости к межкристаллитной коррозии. | |||||||||||||||||||||
Вид покрытия | основное |
Рекомендуемый режим сварки | ||||||||||||||||||||||
Ток, А Постоянный обратной полярности | ||||||||||||||||||||||
Положение швов | ||||||||||||||||||||||
Диаметр, мм | Нижнее | Вертикальное | Потолочное | |||||||||||||||||||
2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 | 40–60 50–70 70–90 130–150 150–180 | 30–50 40–60 50–80 110–130 120–160 | 30–50 40–60 50–80 110–130 – |
Химический состав наплавленного металла, % | ||||||||||||||||||||||
Углерод | Кремний | Марганец | Никель | Хром | Ниобий | Сера | Фосфор | |||||||||||||||
0,05–0,12 | не более 1,3 | 1,0–2,5 | 8,0–10,5 | 18,0–22,0 | 0,7–1,3 | не более | ||||||||||||||||
0,020 | 0,030 |
Механические свойства (не менее) | ||||||||||||||||||||||
Металла шва или наплавленного металла | Сварного соединения | |||||||||||||||||||||
Вид т/о | Температура испытаний, 0C | Временное сопротивле–ние разрыву, МПа | Предел текучести, МПа | Относит. удлинение, % | Ударная вязкость, Дж/см2 | Временное сопротивление разрыву, МПа | Угол загиба, град | |||||||||||||||
без т/о | 20 | 540 | 310 | 22 | 80 | 540 | 160 | |||||||||||||||
Особые свойства: содержание ферритной фазы в наплавленном металле: 2,5–10 %, металл шва обеспечивает стойкость против межкристаллитной коррозии при испытаниях по методу АМУ по ГОСТ 6032. |
Сертификация | ||||||||||||||||||||||
Сертификат ГОСТ Р. Свидетельства НАКС об аттестации по требованиям РД 03–613–03 для групп технических устройств ГО, КО, МО, НГДО, ОТОГ, ОХНВП, СК (только для диаметров 3,0 и 4,0 мм). |
Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.
Электроды ОЗЛ 8, 9А, НИАТ, ЦЛ 11
APEX metal реализует высококачественные электроды для сварки нержавеющих сталей диаметром 3, 4 и 5 мм:
- НИАТ-1
- ОЗЛ-8
- ОЗЛ-9А
- ЦЛ-11
Особенности производства
Электроды ОЗЛ, НИАТ, ЦЛ производятся из коррозионностойких марок стали, которые традиционно получают в дуговых сталеплавильных печах. Как правило, в ДСП из металлического лома выплавляется жидкий полупродукт, который затем доводится по химическому составу в агрегатах внепечной обработки – ковше печи и установке вакуумирования. При наличии большого количества нержавеющего металлолома сталь выплавляется методом переплава из этих отходов, что дает существенную экономию на легирующих компонентах.
Разливка стали для сварочной проволоки осуществляется на сортовой МНЛЗ (реже – в слитки). Полученная квадратная заготовка со стороной 100 мм перекатывается на катанку на сортовых станах. Эта катанка и является исходной заготовкой для изготовления сварочной проволоки на волочильных станах. Полученные в результате волочения рулоны проходят термообработку и направляются на предприятие по производству электродов, где проволока разматывается, правится, режется на мерные отрезки и очищается. Очистку заготовки осуществляют в пескоструйном аппарате, в барабанах или травлением.
Параллельно подготавливается смесь для обмазки. Компоненты дробятся, измельчаются, сушатся и обжигаются с целью получения требуемой фракции. Затем масса наносится на поверхность проволоки одним из нижеперечисленных методов:
- окунание в жидкую обмазочную массу
- опрессовка в прессе под средним или высоким давлением
- опудривание в сухой шихте
Различают следующие типы покрытия электродов:
- электроды ОЗЛ-8 и ЦЛ-11 – основное покрытие
- электроды НИАТ-1 и ОЗЛ-9А — рутилово-основное
Применение электродов ОЗЛ-8, ОЗЛ-9А, НИАТ-1 и ЦЛ-11
Основные свойства и сферы применения в зависимости от марки нержавеющего электрода приведены в таблице:
Марка электродов |
Назначение и марки сталей | Ориентировочный состав металла сварного шва |
---|---|---|
Электроды ОЗЛ-8 |
Сварка ответственных изделий, изготовленных из следующих марок сталей: 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н9 и подобных им, когда к сварному шву не предъявляются жесткие требования в части стойкости к межкристаллитной коррозии | 0,08% С, 1,3% Mn, 0,75% Si, 9,2% Ni, 20,3% Cr, 0,010% S, 0,020% Р |
Электроды ОЗЛ-9А | Востребованы для сварки жаростойких конструкций из сталей Х18Н35С2, 45Х25Н20С2, 12Х25Н16Г7АР и подобных им. Изделия могут работать при температуре ниже 1000°С в окислительных средах. | 0,28% С, 5,4% Mn, 0,3% Si, 16,5% Ni, 24,8% Cr, 0,008% S, 0,018% Р. |
Электроды НИАТ-1 | Разработаны для сварки ответственных металлоконструкций из аустенитых сталей марок 10Х17Н13М2Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10 и подобных им. | 0,09% С, 0,96% Mn, 0,75% Si, 2,2%Мо, 9,3% Ni, 17,9% Cr, 0,011% S, 0,021% Р. |
Электроды ЦЛ-11 | Востребованы при сварке ответственных изделий и конструкций из хромоникелевых сталей марок 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 08Х18Н12Б и подобных им, если металл шва должен соответствовать жестким требованиям относительно стойкости к межкристаллитной коррозии. | 0,10% С, 1,8% Mn, 0,53% Si, 0,99%Nb, 9,8% Ni, 20,8% Cr, 0,011% S, 0,020% Р. |
Сварка всеми вышеперечисленными марками электродов осуществляется постоянным током обратной полярности.
Разработка гибридного электрода с высокой плотностью энергии с поэтапным механизмом деинтеркаляции / интеркаляции Li + и PF6-
Литий-ионные батареи (LIB) в настоящее время доминируют на рынке вторичных батарей для использования в портативной электронике и широко рассматриваются как потенциальная технология для электрических автомобили и интеллектуальные сети (1, 2). Тем не менее, стабильность цикличности LIB и плотность энергии все еще намного ниже тех, которые требуются для приложений с высокой энергией, поэтому срочно требуется разработка аккумуляторных батарей с высокой плотностью энергии для удовлетворения растущих требований к высокопроизводительным системам накопления энергии (3⇓ – 5 ).Хотя улучшения производительности LIB были достигнуты с помощью наноинженерии и химической инженерии как катодных, так и анодных материалов (6, 7), эти стратегии обычно увеличивают затраты на производство материалов и батарей, а также страдают от относительно плохой масштабируемости (8, 9). Кроме того, растущий спрос на LIB ускоряет потребление лития, что в конечном итоге может сделать литий недоступным по цене из-за его относительно низкого содержания и геополитических проблем, связанных с его добычей (10).
Стремление к высокой плотности энергии, длительному сроку службы и низкой стоимости лежит в основе разработки аккумуляторных батарей следующего поколения. Глубокое использование существующих коммерческих материалов — одна из наиболее экономичных и эффективных альтернатив, которая также указывает путь для новой конструкции батарей. С другой стороны, электролит в существующей технологии LIB просто функционирует как среда для переноса катионов Li + без увеличения емкости. В этих условиях потенциальным вкладом анионов в электролит часто пренебрегают.Например, в коммерческих батареях LiFePO 4 (LFP) (LFP в качестве катода и графит в качестве анода) ионы Li обратимо извлекаются из катода LFP и вставляются в графитовый анод во время зарядки, где только катионы Li + в электролите участвуют в электрохимических реакциях, основанных на их рабочем механизме «кресло-качалка», что указывает на отсутствие дополнительной емкости, вносимой достаточным и тяжелым электролитом. Следовательно, раскрытие скрытой энергии анионов PF 6, , – в электролите может стать прорывом в дальнейшем увеличении емкости и плотности энергии существующих LIB.
В последнее время химия интеркаляции анионов (таких как PF 6 — , AlCl 4 — и Cl — ) широко изучалась в двойных графитовых батареях (DGB), в которых анионы из электролит интеркалируется / деинтеркалируется в / из графитового катода, и катионы Li + одновременно вставляются / извлекаются в / из противо графитового электрода во время зарядки / разрядки, соответственно (11⇓ – 13). В отличие от метода LIB, анионы в электролите широко используются на основе рабочего механизма DGB.Благодаря низкой стоимости «зеленого» электродного материала, а также высокому рабочему напряжению за счет интеркаляции анионов, DGB в последнее время добились большого прогресса (14⇓ – 16). Тем не менее, DGB критикуют за их «реальную» плотность энергии, потому что DGB всегда нуждаются в большом количестве электролита для интеркаляции анионов, что приводит к ограниченной общей плотности энергии (17). Более того, присущие графитовым катодам недостатки, в том числе ограниченное пространство между слоями и серьезное структурное ухудшение из-за повторяющейся интеркаляции анионов, приводят к их ограниченной емкости (<140 мА · ч · г −1 ) и неудовлетворительной стабильности циклов, что также препятствует широкому применению. DGB в будущем (18).
В этой работе гибридные электроды LFP / графит с различными соотношениями графита были тщательно разработаны с помощью простой стратегии мокрого помола, при которой частицы LFP были сильно диспергированы на поверхности графита. По сравнению с электродами из чистого LFP и графита, гибридный электрод LFP / графит-20% обеспечивает высокую удельную емкость, обнадеживающую производительность и долгосрочную стабильность при циклических нагрузках благодаря взаимодействию LFP и графита через поэтапный Li + и PF 6 — Механизм деинтеркаляции / интеркаляции.В отличие от рабочего механизма обычных LIB и DGB, Li + обратимо извлекается из фазы LFP в нижнем диапазоне напряжений от 2,5 до 4,0 В, а затем PF 6 — из электролита обратимо интеркалируется в графитовая фаза в более высоком диапазоне напряжений от 4,0 до 5,0 В в нашей гибридной батарее, как показано на рис. 1. Основываясь на механизме поэтапной деинтеркаляции / интеркаляции, электрод LFP / графит-20% допускает только частичный PF 6 — анионов в электролите, которые должны участвовать в электродных реакциях, из-за небольшой доли графита в этом гибридном электроде, который в полной мере использует все части батареи.По сравнению с электродом LFP, эта недорогая гибридная конструкция электрода LFP / графита улучшает электронную проводимость LFP за счет введения графита, облегчая процесс литирования / делитирования при более низком диапазоне напряжения (<4,0 В). В свою очередь, процесс делитирования из LFP также запускает образование на месте защитного слоя межфазного катодного электролита (CEI) на гибридном электроде ( SI Приложение , рис. S1), что усиливает структурную целостность графита для интеркаляции анионов при высокое напряжение (> 4.0 В). В результате этот гибридный электрод LFP / графит с 20% -ным содержанием графита демонстрирует превосходный срок службы более 3500 циклов при 10 ° C, что превосходит электроды из чистого LFP и графита. Кроме того, полная ячейка, собранная с графитовым анодом и гибридным LFP / графитовым катодом, обеспечивает более высокую плотность энергии ∼176,7 Вт · ч · кг −1 (в расчете на всю батарею) по сравнению с коммерческой графитовой батареей || LFP (∼100 до 130 Вт · кг −1 ) и DGBs (∼130 Вт · кг −1 ). В этой работе представлена экспериментальная гибридная конструкция электрода, способная обеспечивать относительно высокую плотность энергии с использованием существующих промышленных электродных материалов.
Результаты
Электрохимические характеристики LFP, графитовых и гибридных LFP / графитовых электродов.
Как один из наиболее часто используемых кандидатов в катод, LFP оливинового типа интенсивно исследуется из-за его превосходной структурной стабильности. При экстракции ионов Li из LFP в одной кристаллографической ориентации образуется фаза FePO 4 , которая имеет аналогичную стабильную структуру даже при высоком напряжении (19). Тем не менее, его плохая электронная проводимость и низкая плотность энергии в результате низкого выходного напряжения (∼3.5 В по сравнению с Li + / Li) ограничили дальнейшее развитие батареи LFP. Недавно графит был изучен как катодный материал, который может интеркалировать анионы в электролите при высоком напряжении (> 4,3 В по сравнению с Li + / Li). Такое высокое рабочее напряжение с большей вероятностью обеспечит высокую плотность энергии (20). Теоретически гибридный электрод может быть создан путем введения частичного графита в LFP, который не только эффективно ускоряет электронную проводимость LFP, но также увеличивает выходное напряжение электрода из-за внедрения анионов PF 6 — в графит на высокое напряжение. Соответственно, мы синтезировали гибридные электродные материалы LFP / графит путем простого механического мокрого измельчения коммерческого LFP и графита в различных соотношениях (65:15, 60:20, 55:25 и 40:40). После мокрого измельчения частицы LFP с меньшим размером были сильно диспергированы на поверхности графита в образце смеси LFP / графит, что засвидетельствовано сканирующей электронной микроскопией (SEM) ( SI, приложение , рис. S2 и S3). Затем была измерена картина дифракции рентгеновских лучей (XRD) смеси, которая была хорошо учтена как LFP, так и графитовой структурой ( SI Приложение , рис.S4) (21).
Чтобы проверить возможность использования гибридных электродов LFP / графит, электрохимические характеристики электродов LFP, графита и гибридных электродов LFP / графита в полуэлементах на основе лития ( SI Приложение , рис. S5) были измерены в электролитах. состоит из 1 M LiPF 6 / этиленкарбоната (EC) + диэтилкарбоната (DEC) + диметилкарбоната (DMC) + 2% фторэтиленкарбоната (FEC) и 1 M LiPF 6 / этилметилкарбоната (EMC) + 2 % виниленкарбоната (ВК).Электрод LFP в первом цикле отображает одно плато заряда / разряда с емкостью 143,5 мА · ч -1 при 1 ° C (171 мА · г -1 ). Эта емкость немного ниже теоретического значения, в основном из-за поляризации, вызванной его плохой проводимостью (22, 23). Катод из чистого графита показывает несколько плато заряда / разряда от 2,5 до 5,0 В с обратимой емкостью 114,2 мА · ч −1 при 1 ° C (∼140 мА · г −1 ), что согласуется с обратимой интеркаляцией. ПФ 6 — в графит (18, 24).Однако начальная кулоновская эффективность графитового электрода невысока (всего ∼50,0%). Для сравнения, гибридные электроды LFP / графит демонстрируют двухэтапный процесс зарядки в расширенном диапазоне напряжений от 2,5 до 5,0 В, что соответствует процессу введения / извлечения Li + (от 2,5 до 4,0 В) и PF 6 . — интеркаляция / деинтеркаляция (от 4,0 до 5,0 В) ( SI Приложение , рис. S6). Оптимальная доля графита также исследовалась в гибридном электроде.По-видимому, гибридный электрод LFP / графит с 15% графита (LFP / графит-15%) показывает небольшой вклад в емкость от графита за счет интеркаляции анионов (∼22 мАч⋅г -1 ). Между тем, небольшое количество графита оказывает ограниченное влияние на снижение стоимости катода LFP. При увеличении соотношения графита гибридный электрод LFP / графит-20% (20% графита) обеспечивает более высокую емкость 154,0 мАч⋅г -1 (в зависимости от массы LFP и графита) и более высокую начальную кулоновскую эффективность. (77.5%), чем другие гибридные электроды с 25% графита и 40% графита. Такое соотношение графита (20% графита) означает, что 1/4 активного материала LFP была заменена, что должно быть значительным вкладом в снижение стоимости катодных материалов.
Профили заряда-разряда различных электродов для второго цикла дополнительно сравниваются на рис. 2 A . Электрод LFP / графит-20% показывает кривые заряда-разряда, содержащие характеристики заряда-разряда как электрода LFP, так и графитового электрода, что указывает на поэтапное извлечение / вставку Li + из / в LFP с емкостью ∼120 мАч⋅г. −1 и PF 6 — интеркаляция / деинтеркаляция в / из графита емкостью ∼35 mAh⋅g −1 , поскольку PF 6 — не может интеркалировать в технический углерод при высоком напряжении ( SI Приложение , рис.S7). Благодаря поэтапной деинтеркаляции / интеркаляции Li + и PF 6 — , гибридный электрод LFP / графит-20% обеспечивает плотность энергии 545,9 Вт · ч · кг −1 (в зависимости от активных материалов) , значительно выше, чем 455,5 Вт · ч · кг -1 , полученное для чистого материала LFP. Между тем, кулоновская эффективность гибридного электрода LFP / графит-20% составляет ~ 91,0%, что также превосходит ~ 70,9%, полученную для электрода из чистого графита. Обратимый рабочий механизм последовательной деинтеркаляции / интеркаляции гибридного электрода LFP / графит-20% также был засвидетельствован измерением циклической вольтамперометрии (CV) при 0.05 мВ⋅с −1 (рис.2 B ). Очевидный пик при ∼3,45 В и широкий пик выше 4,0 В относятся к извлечению Li + из LFP и внедрению PF 6 — в графит, соответственно.
Рис. 2.Электрохимические характеристики различных электродов в полуячейках при 1 C и измерениях слоя CEI. ( A ) Профили напряжения заряда-разряда во время второго цикла электрода LFP в 1 M LiPF 6 / EC + DEC + DMC + 2% FEC, графитовый электрод в 1 M LiPF 6 / EMC + 2% VC и электрод LFP / графит-20% в 1 M LiPF 6 / EMC + 2% VC (вклад графита и LFP разделен зеленой пунктирной линией).Две зеленые стрелки на Рис. 2 A показывают вклад емкости от графита и LFP гибридного LFP / графитового электрода, соответственно. ( B ) Циклические вольтамперограммы LFP / графитового электрода при 0,05 мВ⋅с −1 . ( C — E ) XPS-спектры электродов LFP / графит-20% ( верхний ) и чистый графит ( нижний ) электродов после их первоначального заряда до 4,0 В: ( C ) F 1s, ( D ) O 1s и ( E ) Li 1s.( F ) ПЭМ-изображение электрода LFP / графит-20% после первоначальной зарядки до 4,0 В. ( G ) Отображение элемента C. ( H ) Отображение элемента O.
Согласно предыдущим отчетам (20, 25), катод из чистого графита в DIB не может создавать интегрированный и стабильный слой CEI на своей поверхности во время процесса заряда-разряда. Может ли поэтапный рабочий механизм гибридного LFP / графитового электрода помочь создать стабильный слой CEI на всем электроде в диапазоне низкого напряжения 2?От 5 до 4,0 В? Здесь была проведена рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) для изучения химического состава поверхности чистого графита и гибридного электрода LFP / графит-20% после первоначальной зарядки до 4,0 В, как показано на рис. 2 C — E . По сравнению с электродом из чистого графита гибрид LFP / графит-20% показывает типичные компоненты CEI, такие как ROCH 2 OLi, Li 2 CO 3 , LiF и Li x PF y O z (26). Чтобы быть точным, три развернутых пика в спектре F 1s для образца LFP / графит-20% обнаружены при ∼685.5, 688,0 и 686,6 эВ (рис.2 C ), что соответствует поливинилидендифториду (PVDF), Li x PF y O z и LiF соответственно (27) . Основной ингредиент LiF, вероятно, образуется в результате разложения LiPF 6 с образованием HF, который реагирует с компонентом LFP с образованием LiF (28, 29). Напротив, графитовый электрод просто показывает энергию связи PVDF без каких-либо других F-содержащих соединений, что указывает на то, что на чистом графитовом электроде не образовывался очевидный слой CEI, как обсуждается в другом месте (25).Точно так же спектр O 1s LFP / графит-20% можно деконволюционировать на четыре пика с центрами ∼533,5, 532,7, 532,0 и 531,0 эВ (рис. 2 D ), которые приписываются ROCH 2 OLi, C − O, Li 2 CO 3 и решеточный кислород соответственно (30), тогда как только пик C − O может быть обнаружен при 532,7 эВ в образце чистого графита. Более очевидно, что образец LFP / графит-20% показывает сильную энергию связи в XPS-спектре Li 1s с деконволюцией LiF, Li x PF y O z и Li 2 CO 3 ( Инжир.2 E ) (26). В образце чистого графита не было обнаружено явного сигнала Li, что дополнительно указывает на отсутствие защитного слоя CEI на его поверхности. Более того, слой CEI на электроде LFP / графит-20% также четко наблюдался с помощью просвечивающей электронной микроскопии (TEM), как показано на рис. 2 F . Он показал, что слой CEI был равномерно нанесен на гибридный электрод, что подтверждается картированием энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (рис. 2 G и H ).Элемент O демонстрирует однородное и противоположное распределение по сравнению с элементом C, также демонстрируя равномерное покрытие CEI на материале электрода. Однако на образце графита ( SI, приложение , рис. S8) не было обнаружено четкого слоя CEI, что соответствует результатам XPS. Из этих сравнений становится ясно, что ступенчатый рабочий механизм гибридного электрода облегчает создание интегрированного защитного слоя CEI на поверхности электрода в диапазоне низкого напряжения 2.От 5 до 4,0 В.
Скоростные возможности электродов из чистого LFP, графита и гибридных электродов LFP / графит-20% при различных скоростях от 1 до 20 ° C представлены на рис. 3 A . Графитовый электрод выдавал емкость 71,8 мАч⋅г −1 с сохранением емкости ∼63,1% при увеличении силы тока до 20 ° C, что соответствует ожидаемой высокоскоростной способности графита для PF 6 — хранилище (31). Уменьшенная емкость ∼50,7 мАч⋅г −1 (всего ∼35.Сохранение емкости 7%) для электрода LFP при 20 ° C указывает на его низкую производительность, вероятно, из-за медленной диффузии Li + (32). Напротив, гибридный электрод LFP / графит-20% обеспечивал высокую емкость 78,7 мАч⋅g −1 , которая оставалась даже при 20 ° C (сохранение емкости ∼51,0%), и емкость возвращалась к исходному значению, когда плотность тока была снижена до 1 C, что свидетельствует о превосходной обратимости как Li + , так и PF 6 — хранения в гибридном материале.В дополнение к эффектам защитного слоя CEI, расчеты теории функционала плотности (DFT) были выполнены для изучения влияния барьеров диффузии Li + в LFP и диффузии PF 6 — на скорость распространения гибридный электрод ( SI Приложение , рис. S9). Согласно предыдущим сообщениям, Li + преимущественно мигрирует в направлении [010] в LFP, и расчетный энергетический барьер составляет 0,34 эВ, что аналогично тому, о котором сообщалось в другом месте (33). Было обнаружено, что PF 6 — преимущественно мигрирует в направлении [100] в графите, и его энергетический барьер был рассчитан как 0,22 эВ ( SI Приложение , рис. S9 B и C ), ниже чем у Li + в фазе LFP, что указывает на более легкий и, следовательно, более быстрый коэффициент диффузии PF 6 — в графите, чем у Li + в фазе LFP. Результаты также хорошо согласуются с более высокими скоростными характеристиками гибридных электродов LFP / графит-20% и чистого графита по сравнению с таковыми из чистого материала LFP.
Рис. 3.Электрохимическое сравнение различных электродов в полуячейках. ( A ) Скоростная способность электродов LFP, графита и гибридных электродов LFP / графит-20% при различных значениях тока. ( B ) Циклическая работа трех электродов при 2 ° C в течение 250 циклов. ( C ) Долговременная циклическая стабильность трех электродов при 10 ° C в течение 3500 циклов и кулоновская эффективность гибридного электрода (оранжевая стрелка).
Циклическую стабильность трех электродов оценивали при низкой скорости тока 2 ° C, как показано на рис.3 В . После 250 циклов соответствующие значения сохранения емкости в процентах составили ∼95,6%, ∼97,0 и ∼97,1% для электродов из чистого LFP, графита и гибридных электродов LFP / графит с 20% соответственно, что позволяет предположить, что они электрохимически стабильны при низкий текущий курс. После циклирования морфология гибридного электрода LFP / графит-20% была изучена путем сканирования TEM (STEM), как показано в приложении SI , рис. S10. Частицы LFP однородно диспергированы на графитовых листах; в свою очередь, графитовые листы сохраняют целостность гибридного электрода, действуя как структурные опоры для частиц LFP, способствуя долговременной стабильности гибридного электрода при циклировании.Впоследствии устойчивость трех электродов к циклированию была дополнительно сравнена при высокой температуре 10 ° C (рис. 3 C ). Очевидно, что чистый электрод LFP демонстрирует серьезное снижение емкости с сохранением емкости ∼34,1% после 2500 циклов. Основная причина, вероятно, заключается в его ограниченной электронной и ионной проводимости, что приводит к огромному энергетическому барьеру для диффузии электронов и ионов Li + с высокой скоростью, что вызывает отделение активного материала от токосъемника в течение длительного времени. -терм быстрый процесс введения / извлечения Li + .О серьезном выпадении свидетельствуют фотографии электрода LFP, снятого с батареи после 2500 циклов (приложение SI , рис. S11 A и B ). Электрод из чистого графита показывает сильное ослабление емкости после ~ 2000 циклов, что в основном объясняется разрушением графитовой структуры после длительной интеркаляции анионов. Распад графита приводит к полному отрыву активного материала от токоприемника ( SI Приложение , рис.S11 C и D ). Для сравнения, электрод LFP / графит-20% демонстрирует сверхдлительный срок службы 3500 циклов с сохранением емкости ∼78,5% при 10 ° C, что в основном выигрывает за счет повышенной проводимости компонента LFP, а также достигнутой усиленной структурной стабильности. путем создания защитного слоя CEI. Рамановские спектры обеспечивают интуитивно понятное сравнение структурных изменений циклических гибридных LFP / графит-20% электродов и электродов из чистого графита ( SI Приложение , рис.S12). Примечательно, что отношения интенсивностей полосы D к полосе G ( I D / I G ) для чистого графита заметно увеличились после 2000 циклов, что указывает на усиление степени неупорядоченности графита из-за длительного воздействия. термин интеркаляция анионов. Тем не менее, отношения интенсивности I D / I G для гибридного LFP / графита-20% до и после цикла схожи, что позволяет предположить, что графитовая структура в хорошем состоянии благодаря защите слоем CEI. .
Рабочий механизм гибридного электрода.
Чтобы всесторонне понять механизм работы гибридного электрода LFP / графит-20% в полуячейках, были проведены измерения operando синхротронной порошковой дифракции (XRPD), ex situ XRD, рамановской спектроскопии и XPS. . Как показано в Приложении SI , рис. S13, было обнаружено, что отражения LFP смещаются при зарядке; однако отражения 002 графита не наблюдалось. Основная причина должна быть связана с режимом передачи синхротронного луча.Чтобы получить подробную информацию об эволюции графитового электрода при зарядке / разрядке электрода LFP / графит-20%, было дополнительно изучено ex situ XRD с режимом отражения. После зарядки до 3,6 В появляются новые отражения при 18,1 °, 20,6 ° и 30,8 °, которые были проиндексированы как отражения гетерозита (FePO 4 ) 200, 101 и 020 (рис. 4 A ), соответственно, с отражений от LFP не наблюдается, что указывает на полное превращение LFP в гетерозитную фазу (23).При дальнейшем заряде от 3,6 до 5,0 В отражения от FePO 4 остаются неизменными, что свидетельствует о стабильности этой фазы при высоком напряжении. Кроме того, наблюдаются отражения от графита. Примечательно, что отражение графита 002 смещено в сторону меньших углов и имеет меньшую интенсивность, чем наблюдаемое при 3,6 В, что согласуется с интеркаляцией PF 6 — и указывает на расширение параметра решетки c и связанную с этим потерю когерентности. соответственно (34).Интеркаляция анионов также была подтверждена измерениями ex situ XPS ( SI Приложение , рис. S14). Кривые XPS показывают особенности при ∼688,3, 531,2, 284,6 и 132,8 эВ, соответствующие фотоэмиссионным линиям F 1s, O 1s, C 1s и P 2p соответственно. После зарядки до 4,6 В интенсивность фотоэмиссионных линий F 1s и P 2p существенно возрастает, при этом концентрация F и P увеличивается до 18,6 мас.% И 7,2 мас.% Соответственно ( SI Приложение , рис. S15).При разрядке до 3,6 В гибридный материал демонстрирует положение отражения графита 002, которое близко к исходному состоянию (рис. 4 B ), что свидетельствует о превосходной обратимости вставки PF 6 — . Соответствующие спектры комбинационного рассеяния ex situ (рис. 4 C ) показывают, что характеристическая полоса G, возникающая из графита при ∼1 590,7 см -1 , остается неизменной после заряда до 3,6 В (35). Образцы, заряженные до 5,0 В, показывают красное смещение характеристики G-полосы по сравнению с образцами на 3.6 В, что дополнительно свидетельствует о внедрении PF 6 — в графит при этом напряжении, что хорошо согласуется с результатами XRD и XPS. Взятый вместе, общий механизм электрохимической реакции этого гибридного LFP / графитового электрода состоит из обратимого фазового превращения LFP в области низкого напряжения и обратимого внедрения PF 6 — в графит в диапазоне высокого напряжения, как описано LiFePO4. ↔Li ++ e− + FePO4 (2,5 Методика Ex situ , используемая для исследования рабочего механизма гибридного электрода. ( A ) Ex situ Рентгенограммы электродов LFP / 20% графита, извлеченных из ячеек, уравновешенных при 3,6, 4,5. 4,7 и 5,0 В при зарядке (обозначено C) и 4,7, 4,5, 3,6 и 2,5 В при разряде (обозначено D). Звездочка — пик графита 002. ( B ) Соответствующий профиль заряда-разряда. ( C ) Ex situ Рамановские спектры, демонстрирующие обратимый сдвиг характеристики G-полосы в результате интеркаляции / деинтеркаляции PF 6 — . Для дальнейшего изучения практического применения гибридных электродов были сконструированы полные ячейки с катодом LFP / графит-20% и графитовым анодом, как показано на рис. 5 A . Типичные профили заряда / разряда графитового электрода в полуячейке, LFP / графит-20% в полуячейке и полной ячейки графит || LFP / графит были получены при 0,5 ° C (рис. 5 B ). Подобно гибридному электроду LFP / графит-20% в полуячейке, кривые заряда / разряда полной ячейки графит || LFP / графит также показывают двухэтапный процесс в расширенном окне напряжения, равном 2.От 3 до 4,8 В, что позволяет предположить, что его рабочий механизм основан на поэтапной деинтеркаляции / интеркаляции катионов и анионов. И высокая начальная разрядная емкость ∼150,7 мАч⋅г −1 была получена при 0,5 C, эффективность которой дополнительно подтверждается включением шести синих светодиодов (3 В) (рис. 5 C ) и цифрового термометр и гигрометр ( SI Приложение , рис. S16). Кроме того, эта полная ячейка демонстрирует обнадеживающую стабильность при циклировании при 5 ° C с сохранением емкости ∼90.1% после 140 циклов (рис. 5 D ). Как правило, плотность энергии и мощности, срок службы и доступность являются критическими параметрами при определении коммерческой жизнеспособности устройства хранения энергии. Примечательно, что частичная замена LFP относительно дешевым графитом в гибридной батарее увеличивает все это. Впечатляющая плотность энергии ∼176,7 Вткг −1 была достигнута для графитовой || LFP / графитовой батареи при плотности мощности ∼106,1 Вт⋅кг −1 ( SI Приложение , Таблица S1), что значительно выше, чем у современных графитовых || LFP-батарей, которые обычно обеспечивают от ∼100 до 130 Вт · ч · кг −1 , DGB (∼130 Вт · ч · кг, −1 ) и других устройств ( SI, приложение , рис.S17) (36). Низкая общая стоимость и высокая плотность энергии этого гибридного полного элемента также предлагает значительный коммерческий потенциал в будущих энергетических приложениях, таких как сеть. Электрохимические характеристики типичной графитовой || LFP / графитовой полной ячейки. ( A ) Схематическое изображение графитовой || LFP / графитовой полной ячейки. ( B ) Типичные профили напряжения заряда-разряда при величине тока 0,5 C (красная стрелка означает, что красная кривая соответствует полной ячейке). ( C ) Полная ячейка питает шесть синих светодиодов (3 В).( D ) Циклическая стабильность при 5 ° C в течение 140 циклов (синяя стрелка) с соответствующей кулоновской эффективностью (красная стрелка). Для дальнейшего изучения механизма работы гибридного электрода LFP / графита в полной ячейке была проведена порошковая нейтронная дифракция (NPD) in operando . Однако графитовый анод может влиять на отражение 002 графитового катода во время процесса заряда-разряда. Следовательно, графитовый анод должен быть заменен другими кандидатами на анод, чтобы избежать такого воздействия на графитовый катод.Из-за реакции легирования с литием алюминиевая фольга была описана как кандидат в анод в двухионных батареях Танг и соавторы (14). Построение полной ячейки Al || LFP / графит было бы простым способом изучить механизм работы гибридной ячейки LFP / графит в полной ячейке. Сначала в полуячейке исследовали электрохимическое поведение алюминиевой фольги ( SI Приложение , рис. S18). Он показывает относительно низкое плато заряда при ∼0,45 В из-за образования сплава LiAl, что подтверждается измерениями ex situ XRD ( SI Приложение , рис.S19), что предполагает, что Al может быть хорошим кандидатом на анод. Ячейка с пакетом из Al || LFP / графита была собрана, как показано в приложении SI , рис. S20, A . Во время процесса зарядки-разрядки были собраны результаты операций и АФД; см. SI, приложение , рис. S20 B . Отчетливо видны отражения от фаз LFP, FePO 4 и графита, а в диапазоне напряжений от 2,2 до 3,5 В наблюдается ожидаемое двухфазное поведение LFP и FePO 4 (19).В пределах этого окна напряжения отражение графита 002, расположенное под углом 41,5 °, остается неизменным, что указывает на отсутствие электрохимической активности. В последующем процессе зарядки от 3,5 до 4,6 В основное отражение графита постепенно смещается в сторону меньших углов, указывая на расширение параметра решетки c , что согласуется с реакцией твердого раствора, поскольку PF 6 — вставляется между слоями графитовой структуры (37). Однопиковая аппроксимация с использованием этих данных показала эволюцию межслоевого расстояния фаз (PF 6 ) C x во время этих процессов (рис.6 А ) (37). Расстояние постепенно увеличивается с 3,35 Å до 3,50 Å во время заряда до 4,6 В, что было дополнительно подтверждено измерениями ПЭМ высокого разрешения (HRTEM) ex situ (рис. 6 B и C ). Соответственно, обнаружено равномерное распределение относительно высококонцентрированного элемента F. Во время разряда от 4,6 до 3,5 В расстояние между слоями возвращается к 3,35 Å, что указывает на хорошую обратимость интеркаляции анионов. При следующей разрядке до 2.2 V, изображения LFP / графита, извлеченные из ячеек, показывают полосы решетки с интервалом ∼3,35 Å (рис. 6 D ), что указывает на то, что PF 6 — был полностью извлечен из графита, что подтверждается относительно низкой концентрацией элемента F. Эти результаты демонстрируют, что гибридная конструкция электрода доступна с поэтапным механизмом деинтеркаляции / интеркаляции в полной ячейке. NPD и HRTEM, демонстрирующие рабочий механизм ячейки пакета Al || LFP / графита.( A ) In operando Результаты NPD с интенсивностью, показанной в цвете (PF 6 ) C x (002) отражения ( Среднее ), с полученным интервалом d (расстояние) из уточнения Ритвельда ( справа, ) и профиля заряда-разряда ( слева, ). ( B — D ) Изображения HRTEM ( слева ), показывающие распределение F ( справа ) в LFP / графите ( B ) в начальном состоянии заряда, ( C ) при зарядке до 4.6 В и ( D ) при разряде до 2,2 В. Наша концепция перезаряжаемых батарей с использованием гибридной конструкции электродов имеет некоторые уникальные особенности и преимущества по сравнению с традиционной техникой LIB. Механизм «кресло-качалка» был революционизирован благодаря механизму поэтапной деинтеркаляции / интеркаляции катионов Li + и анионов PF 6 — . Таким образом, роль электролита будет полностью раскрыта, который не только обеспечивает среду для переноса Li + , но также позволяет анионам PF 6 — участвовать в электродной реакции.Такой рабочий механизм улучшает среднее выходное напряжение и емкость батареи, обеспечивая повышенную плотность энергии. Кроме того, создание гибридного электрода, состоящего из высокодисперсного LFP на графите, не только увеличивает электронную проводимость фазы LFP, но также усиливает структурную стабильность графитового компонента за счет создания защитного слоя CEI в окне низкого напряжения, что улучшает характеристики скорости и долговременная стабильность при езде на велосипеде. По сравнению с материалом LFP, графит не содержит металлов и является «зеленым», что позволяет гибридному электроду LFP / графит иметь определенные преимущества по сравнению с катодом LFP с точки зрения общей стоимости, экологичности и расхода металла, особенно элемент Li.Теоретически конструкция гибридного электрода может быть распространена на другие традиционные катоды с низким рабочим напряжением и высокой стабильностью при высоком напряжении, такие как катод из LiMn 2 O 4 . Однако эта гибридная конструкция может не подходить для катода, структура которого необратима в диапазоне высоких рабочих напряжений, такого как катод LiCoO 2 . Тем не менее, наша гибридная конструкция батареи все еще далека от реализации амбиций по замене текущего рынка коммерческих LIB, поскольку она по-прежнему сталкивается с рядом следующих проблем.Для гибридного электрода LFP / графит-20% начальная кулоновская эффективность все еще относительно низка (около 77,5% и ~ 91,0% для второго цикла). Ограниченная начальная кулоновская эффективность гибридного электрода может быть в основном связана с его анионной интеркаляцией (∼4,2 В по сравнению с Li + / Li), которая может превышать стабильное окно обычных карбонатных электролитов (38). Таким образом, использование ионной жидкости (хотя и дорогой) (18), разработка новых добавок к электролиту и стабильных растворителей или создание искусственного межфазного слоя твердого электролита на электроде могут быть эффективными стратегиями для подавления разложения электролита и дальнейшего повышения кулоновской эффективности ( 20).Другая проблема заключается в том, что улучшение удельной емкости для предлагаемого гибридного катода LFP / графит-20% ограничено (~ 9%) по сравнению с электродом LFP, хотя графит обеспечивает высокое рабочее напряжение и высокую проводимость для гибридного электрода. Фактически, коммерческий материал LFP содержит аморфные углеродные материалы для повышения его электропроводности. Однако, в отличие от графита, аморфные углеродные материалы не могут вносить вклад в емкость из-за отсутствия участков для интеркаляции анионов, что было подтверждено в приложении SI , рис.S7. Кроме того, замена (или частичная замена) аморфного углерода в промышленном электроде LFP графитом во время производственного процесса может не только снизить «мертвый вес» электрода, но также позволить большему количеству анионов PF 6 — внедриться в графит, что дополнительно улучшает емкость и удельную энергию. И последнее, но не менее важное: все еще необходимо провести всестороннее исследование, сфокусированное на разработке подходящего электролита, чтобы улучшить общие характеристики (особенно для целого элемента).В дополнение к электролиту, состоящему из 1 M LiPF 6 / EMC + 2% VC, электролит, состоящий из 1 M LiPF 6 / EC + DEC + DMC + 2% FEC, был применен с графитовым катодом и гибридом. Электроды LFP / графит-20% в нашей работе; тем не менее, емкость и стабильность при циклическом режиме очень ограничены, как показано в приложении SI , рис. S21. Концентрация текущего электролита низкая (1 M), что может быть вредным для плотности энергии гибридной батареи, поскольку анионы в электролите должны участвовать в электродной реакции на основе его ступенчатой деинтеркаляции / интеркаляции анионов и катионов. механизм.Поэтому дальнейшие исследования электролита по-прежнему очень желательны для дальнейшего развития гибридной системы, например, для разработки высококонцентрированных электролитов. Использование высококонцентрированных электролитов должно быть простой и подходящей стратегией для оптимизации обратимости интеркаляции анионов и дальнейшего улучшения электрохимических свойств (таких как кулоновская эффективность и плотность энергии) наших гибридных батарей. Однако следует иметь в виду, что существенно высокий спрос на соли привел бы к высокой стоимости, а также к высокой вязкости электролита, поэтому считается разумным найти правильный баланс для достижения низкой стоимости и улучшенных электрохимических характеристик. LFP (~ 1,35 мкм), Li-фольга (толщина ~ 100 мкм), расширенный графит (D50, от 19,0 до 23,0 мкм) и алюминиевая фольга (толщина ~ 25 мкм) были приобретены у Shenzhen Kejing Star Technology. Связующее PVDF, проводящая углеродная сажа, N -метил-2-пирролидон (NMP), EC, DEC, DMC, FEC, EMC, VC и LiPF 6 (аккумуляторная чистота, 99,99%) были приобретены у Sigma-Aldrich. Co. Все химические вещества использовались напрямую, без дополнительной обработки. Гибридные материалы LFP / графит были приготовлены путем мокрого помола LFP и графита в этаноле с различными весовыми соотношениями 65:15, 60:20, 55:25 и 40:40.Процесс измельчения в шаровой мельнице проводили в течение 8 часов с использованием измельчающих шариков из диоксида циркония при скорости измельчения 450 об / мин в планетарной мельнице QM-1SP2. Кристаллическую структуру полученных материалов исследовали методом XRD (рентгеновский дифрактометр GBC-Difftech Mini-Materials Analyzer) с Cu Kα-излучением. XPS выполняли на фотоэлектронном спектрометре VG Multilab 2000 (VG Inc.) с использованием монохроматического излучения Al Kα с фоновым давлением ниже 2 × 10 -6 Па.Все энергии связи относятся к пику C 1s при 284,8 эВ поверхностного добавочного углерода. Морфологии LFP, графита и LFP / графита были исследованы с помощью полевой эмиссии SEM (JEOL JSM-7500FA). Детали кристаллической структуры с высоким разрешением и соответствующее отображение энергодисперсионной спектроскопии (EDS) были дополнительно исследованы с помощью STEM (JEOL JEM-ARM200F), который проводился при 200 кВ. Рамановская спектроскопия (Jobin Yvon HR800) с использованием гелиевого / неонового лазера мощностью 10 мВт на длине волны 632,8 нм была использована для характеристики полос D и G графита во время процессов зарядки-разрядки. Электрохимические испытания проводились с использованием монетных элементов CR2032, которые были собраны в перчаточном боксе, заполненном аргоном, с содержанием кислорода и влажности ниже 0,01 частей на миллион. Рабочие электроды были приготовлены путем смешивания электродных материалов (LFP, графит, LFP / графит), технического углерода и PVDF в массовом соотношении 80:10:10 и добавления нескольких капель растворителя NMP для образования гомогенных суспензий. Полученные суспензии наносили на алюминиевую фольгу и сушили при 120 ° C в течение 12 часов в вакуумной печи.Таким образом, конкретное соотношение LFP: графит: активированный уголь: PVDF в различных электродах LFP / графит составляет 65: 15: 10: 10 (LFP / графит-15%), 60: 20: 10: 10 (LFP / графит -20%), 55: 25: 10: 10 (LFP / графит-25%) и 40: 40: 10: 10 (LFP / графит-40%). Кроме того, электрод LFP-60% был приготовлен с использованием весового соотношения LFP: углеродная сажа: PVDF = 60:30:10. Электрохимические измерения полуэлементов проводились с использованием металлического Li в качестве противоэлектрода и электрода сравнения и стекловолокна (Whatman) в качестве сепаратора в электролите, состоящем из 1 M соли электролита LiPF 6 в любом из вариантов EC: DEC: DMC (1: 1: 1 об. / Об.) + 2% FEC или EMC + 2% VC.Электрохимические измерения полных ячеек проводились с использованием графита в качестве противоэлектрода и электрода сравнения с электролитом, состоящим из 1 M LiPF 6 в EMC + 2% VC. ЦВ проводили на электрохимической станции ВМП-3 при скорости сканирования 0,05 мВ⋅с -1 . Собранные элементы были гальваностатически заряжены и разряжены при различной плотности тока с помощью тестера аккумуляторов Land CT2001A. Полная ячейка графит || LFP / графит была собрана с использованием гибридного электрода LFP / графита (на алюминиевой фольге) в качестве катода и графитового электрода (на медной фольге) в качестве анода с отношением емкости катода к аноду 1: 1.1. Перед сборкой полной ячейки катод и анод в полуячейке на основе лития были циклированы 10 раз. Синхротронные ячейки с отверстием на корпусах использовались для измерений operando XRPD образца LFP / графит-20%, который аналогичен монетным элементам, используемым в электрохимических испытаниях. Ячейку гальваностатически заряжали до 2,5-5,0 В (по сравнению с Li + / Li) при 0,18 мА (∼200 мА · г -1 ). Картины XRPD собирали каждые 15 минут с использованием микрополоскового детектора Mythen (микрополосковая система для экспериментов с временным разрешением) во время процесса зарядки.Используемая длина волны была определена как 0,6887 Å с использованием LaB 6 SRM (стандартный эталонный материал) 660b (Национальный институт стандартов и технологий, NIST). Индивидуальная ячейка-пакет с конфигурацией полноячеек Al || LFP / графит была приготовлена с использованием гибридного LFP / графита, алюминиевой фольги и PVDF-сепаратора Immobilon-P (Millipore). Электроды разрезали на полоски размером 1 × 5 см 2 , и ячейку-пакет готовили путем наложения 25 сборок электрод / сепаратор / электрод с параллельным соединением, которые затем оборачивали алюминиевой фольгой, покрытой полипропиленом.Как впрыск электролита, так и термосварка проводились в перчаточном ящике, наполненном аргоном. Во время измерений АФД ячейку из Al || LFP / графитового мешочка сначала заряжали до 4,6 В, затем выдерживали при 4,6 В в течение 4 ч, а затем разряжали до 2,2 В при 0,1 ° C с помощью Autolab PGSTAT302N (39). Одновременно данные NPD были собраны на высокоинтенсивном нейтронном порошковом дифрактометре WOMBAT (высокоскоростной прибор) на установке Австралийского легководного исследовательского реактора Open Pool в Австралийской организации ядерной науки и технологий (ANSTO) (40).Использовали нейтронный пучок с длиной волны 2,417 (2) Å, как определено с использованием стандартного эталонного материала 660b NIST La 11 B 6 . Дифракционные данные собирали непрерывно при времени экспозиции 3 мин на образец в диапазоне 16 ° <2θ <136 °. Коррекцию, обработку и визуализацию данных АФД проводили с помощью пакета программ LAMP (41). Программное обеспечение General Structure and Analysis Software II (GSAS-II) использовалось для последовательной подгонки пиков основного отражения графита в данных NPD (42). Пакет для моделирования Vienna Ab initio (VASP 5.4.4) использовался для всех расчетов с использованием метода обобщенных градиентных волн, усиленных проекторами плоских волн Пердью – Берка – Эрнцерхофа, при этом энергия отсечки базиса плоских волн была установлена равной 450 эВ (43, 44). Оптимизированные структуры были получены путем полного расслабления всех положений атомов и параметров ячейки до тех пор, пока сила, действующая на каждый атом, не стала меньше 0,02 эВ / Å, а энергии не сойдутся с точностью до 5 × 10 -5 эВ на атом.Для расчета энергии, необходимой для PF 6 –, чтобы перемещаться между участками в графите, и для Li + , чтобы перемещаться между участками в LFP, использовался метод восходящей эластичной ленты с подталкиванием изображения (cNEB). Для LFP была принята теория общего градиентного приближения с поправкой на член Хаббарда (GGA + U) для учета сильного кулоновского взаимодействия локализованных электронов трехмерного переходного металла Fe со значением U 5,3. Суперячейка 2 × 2 × 1 использовалась для расчета энергии одномерной миграции вакансии Li (V Li ) вдоль направления [010] LFP (45). Рассчитанная энергия связи Li (ΔELi) составила -3,51 эВ из ΔELi = ELiFePO4-EFePO4-ELi, где ELiFePO4, EFePO4 и ELi — расчетные энергии LFP, FePO 4 и металлического Li соответственно. Для интеркалированного графита PF 6 — система была представлена суперячейкой 4 × 4 × 2, содержащей 128 атомов углерода, которые образуют четыре слоя графита, и один анион PF 6 — , расположенный в одном из четырех промежутков. K-точечная сетка 2 × 2 × 1 в схеме Монкхорста-Пак использовалась для выборки зоны Бриллюэна системы (46).Начав с нескольких возможных тестовых структур, мы выполнили полную релаксацию, а затем рассчитали их соответствующие энергии связи. Мы выбрали структуру с наибольшей энергией связи в качестве наиболее стабильной структуры, на основе которой мы впоследствии провели расчет cNEB. Для системы интеркалированного графита PF 6 — энергия связи PF 6 — (ΔEPF6) была рассчитана равной −2,26 эВ по ΔEPF6 = EC128PF6 − EC128 − EPF6, где EC128PF6, EC6128 и рассчитанные энергии C 128 PF 6 , C 128 и PF 6 соответственно. Все данные доступны в основном тексте SI и приложении . Самоподдерживающийся и гибкий токоприемник, сделанный исключительно из элементов, богатых землей, слоистого двойного гидроксида NiCo (LDH), намотанного на нанопроволоки Cu (Cu-W), выращенные поверх коммерчески доступной сетки Cu (Cu-m), превосходит эталон 40 мас.% Pt / C при катализе реакции электрохимического выделения водорода (HER).Катод Cu-m / Cu-W / NiCo-LDH работает как в кислой, так и в щелочной среде, демонстрируя высокие частоты вращения (TOF) при 30 мВ (0,3 H 2 с −1 в 1 M KOH и 0,32 H 2 с −1 в 0,5 MH 2 SO 4 соответственно) и минимальные перенапряжения 15 ± 6 мВ в 1 M KOH и 27 ± 2 мВ в 0,5 MH 2 SO 4 при −10 мА см −2 . Cu-m / Cu-W / NiCo-LDH превосходит активность 40 мас.% Pt / C, для которой необходимы перенапряжения 22 и 18 мВ в 1 M KOH и 0,5 M H 2 SO 4 , соответственно. Обладая огромным преимуществом перед Pt / C в инициировании восстановления протонов с быстрой кинетикой, аналогичной массовой активностью и универсальностью pH, токосъемник демонстрирует выдающуюся долговечность даже при более -1 А · см -2 . Обнаружено, что высокая плотность электронных состояний вблизи уровня энергии Ферми Cu-W является ключевым фактором для эффективного переноса электронов на катализатор NiCo-LDH.Ожидается, что этот класс самонесущих электродов приведет к быстрому прогрессу в разработке высокоэффективных устройств преобразования и хранения энергии. Эта статья в открытом доступе Неуглеродные материалы при емкостной деионизации (CDI) могут помочь увеличить емкость удаляемых ионов.Здесь мы впервые сообщаем об удалении хлорид-ионов (Cl — ) с помощью висмутового (Bi) анода в сочетании с катодом из активированного угля (AC) в CDI. Исследовано влияние технического углерода в электроде из Bi, приложенного напряжения, массы электрода и начальной концентрации на удаление Cl — . Кроме того, его производительность цикла также проверяется. Результаты показывают, что добавление сажи к Bi электроду (Bi @ CB) значительно улучшает удаление Cl — .Тенденция к снижению концентрации Cl — и появление пиков, относящихся к продуктам оксихлорида висмута (BiOCl) на рентгенограммах, подтверждают накопление Cl — электродом Bi, которое усиливается с увеличением напряжения. В сочетании с AC в фиксированной массе увеличение массы Bi не способствует большему удалению Cl — . Хотя характеристики цикла не превосходны (степень затухания составляет 74% после 10 циклов), его способность удалять хлориды в ~ 2-3 раза превышает значение AC ( e.грамм. 0,95 против 0,32 ммоль г Bi −1 при 1,2 В в растворе 500 мг л ( −1 раствор NaCl). Кроме того, пара электродов Bi – AC в CDI больше подходит для удаления Cl — из раствора с концентрацией Cl — ниже 600 мг / л -1 . Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт. Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины: Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня. Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется. Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать. Код заказа: CL-BTA Хлорид-ионно-селективный электрод Vernier используется для измерения концентрации хлорид-ионов (Cl — ) в водных пробах. Примечание: Продукты Vernier предназначены для использования в образовательных целях. Наши продукты не предназначены и не рекомендуются для каких-либо промышленных, медицинских или коммерческих процессов, таких как жизнеобеспечение, диагностика пациентов, контроль производственного процесса или промышленные испытания любого рода. Выберите платформу ниже, чтобы увидеть ее требования к совместимости. Измерения полной ячейки.
Возможности и проблемы гибридной батареи.
Методы
Материалы.
Характеристика.
Электрохимические измерения.
Расчеты ДПФ.
Доступность данных.
Изобильный биметаллический катализатор, покрытый металлическими нанопроволочными электродами, с платиноподобным pH-универсальной активностью по выделению водорода при высокой плотности тока
Удаление хлорид-ионов с помощью висмутового электрода при емкостной деионизации (CDI), Наука об окружающей среде: Water Research & Technology
Удаление хлорид-ионов с помощью висмутового электрода при емкостной деионизации (CDI)
Наука об окружающей среде: исследования и технологии воды (
ЕСЛИ
3. 449
) Дата публикации: 29.11.2019 , DOI: 10.1039 / c9ew00985j Цзюньцзюнь Чанг, Фэн Зуань, Чунлей Су, Юпин Ли, Хунбинь Цао Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Что сохраняется в файле cookie?
Руководство пользователя — Vernier
Что входит
Совместимое программное обеспечение и интерфейсы
КомпьютерыChromebookiOSAndroidArduinoLabVIEWTexas Instruments Интерфейс Приложение LabQuest LabQuest ® 3 Полная поддержка LabQuest 2 Полная поддержка