En el panorama actual, la demanda de baterías de iones de litio se está disparando. Desde teléfonos inteligentes hasta computadoras portátiles y automóviles eléctricos, estas baterías están en el corazón de nuestra vida diaria.
El proceso para producir una batería de iones de litio de alta calidad comienza con la producción de material activo de cátodo, específicamente, el material activo de cátodo precursor (PCAM). Un elemento clave en la producción de PCAM es el control del pH, y hacerlo bien puede marcar la diferencia.
Tomemos un momento para ver por qué los niveles de pH son tan cruciales en la producción de PCAM. La calidad del material activo del cátodo depende de la morfología (tamaño, forma y estructura) de las partículas CAM, ya que esto afecta directamente la densidad de energía de la batería y la rapidez con la que se carga y descarga la batería.
La morfología de partículas CAM depende de la morfología de partículas PCAM, y si los tamaños y formas de partículas no son los correctos, podría terminar con una batería que tiene un rendimiento inferior o incluso falla.
Mantener un control de pH muy estricto durante la producción de PCAM es esencial para lograr los tamaños de partícula específicos que garantizan que las baterías y, en última instancia, los automóviles y dispositivos que necesitamos, sean eficientes y confiables.
La figura (H. Muramatsu; D. Endo; T. Sasaki) muestra cómo el pH afecta la distribución del tamaño de las partículas.
Aquí es donde se pone realmente interesante: la calidad de las baterías de iones de litio depende de qué tan bien mantengamos nuestro control de pH. Incluso un ligero cambio en el pH, digamos, 0.2 unidades de pH, puede generar diferencias significativas en el rendimiento de la batería.
Un sensor de pH confiable y bien mantenido ayuda a garantizar que se logren el tamaño y la morfología de las partículas correctos, lo que se traduce directamente en una mejor carga, descarga y duración general de la batería.
El tamaño de partícula de PCAM influye significativamente en el rendimiento de la batería de iones de litio. Las partículas más pequeñas ofrecen una mayor superficie y una difusión más rápida de iones de litio, lo que mejora la capacidad y velocidad de carga. Sin embargo, también pueden aumentar las reacciones secundarias y reducir el ciclo de vida debido a la inestabilidad de la superficie. Las partículas más grandes mejoran la densidad del grifo y la densidad de energía, pero pueden limitar la movilidad del litio, reduciendo el rendimiento a altas velocidades.
El tamaño óptimo de las partículas de PCAM equilibra la densidad de energía, la vida útil del ciclo y la capacidad de velocidad. Adaptar este parámetro es crucial para aplicaciones que van desde vehículos eléctricos hasta electrónica portátil, donde tanto la eficiencia como la durabilidad son esenciales para el rendimiento de la batería a largo plazo.
Si bien la importancia de un control preciso del pH es clara en la producción de PCAM, muchos fabricantes encuentran algunos desafíos importantes en el camino. En primer lugar, muchos de los reactores utilizados en este proceso se basan en diseños de la década de 1990. Esto significa que a menudo vienen con conjuntos de sensores de pH obsoletos que se montan desde la parte superior del reactor o cristalizador. Este diseño crea algunos dolores de cabeza:
La producción y el refinamiento de PCAM implican algunos pasos de proceso muy críticos. Este seminario web bajo demanda analiza el papel vital del pH y algunas otras variables clave del proceso en la determinación de la calidad de PCAM y la producción de baterías de iones de litio.
Entonces, ¿cómo pueden los fabricantes abordar estos desafíos de frente? Aquí hay algunas sugerencias:
Mientras que los sensores de pH con un diafragma de referencia cerámico fallan rápidamente debido a la rápida obstrucción de los poros microscópicos del diafragma, el electrolito de referencia de polímero sólido del InPro 4260i permite una unión abierta que, como es mucho más grande en tamaño que los poros microscópicos en un diafragma cerámico, es mucho menos propensa a obstruirse. Hasta cierto punto, incluso se autolimpia en procesos agitados. Después de ciclos de proceso más largos, ofrece una capacidad de limpieza mucho mejor, y la incrustación y la acumulación de material se eliminan fácilmente de la unión.
Estos sensores proporcionan datos de rendimiento en tiempo real, lo que permite que el mantenimiento se ejecute en función de las necesidades reales en lugar de un cronograma establecido. Este enfoque totalmente predictivo ayuda en gran medida a evitar el mantenimiento innecesario sin arriesgarse a alteraciones en el proceso.
Esto es de gran valor para asignar personal y garantizar el pedido oportuno de piezas consumibles.
Con estos sistemas instalados, los operadores simplemente necesitan rellenar las soluciones de limpieza de vez en cuando, liberándolos para tareas más complicadas. Al mismo tiempo, los sensores se mantienen en las mejores condiciones y se maximiza el rendimiento total de la medición.
METTLER TOLEDO ha desarrollado una solución retráctil, de montaje lateral y completamente automatizada. El EasyClean 500 retrae automáticamente el sensor de pH del proceso, luego lo enjuaga, limpia e incluso lo recalibra cuando es necesario.
"El mantenimiento está completamente automatizado, por lo que los técnicos solo necesitan rellenar el ácido de limpieza y las soluciones tampón para la calibración", dice Stefan van der Wal. A través de su transmisor HART alimentado por bucle, el EasyClean 500 ofrece múltiples opciones de programa para que los sensores se puedan enjuagar, limpiar o calibrar automáticamente cuando sea necesario, o el mantenimiento se pueda realizar de forma remota desde la sala de control a través del sistema de control distribuido (DCS).
Los usuarios también pueden dar un comando al sistema para retraer el sensor para la verificación remota para asegurarse de que el sensor proporcione una medición precisa. "Honestamente, dice Stefan, EasyClean 500 es un camino significativo hacia el material activo de cátodo de alta calidad".
Stefan van der Wal es licenciado en Gestión Industrial e Ingeniería Química. Tiene más de 25 años de experiencia en el campo de la instrumentación de procesos y el análisis de líquidos y gases en las industrias de procesos.
Como jefe del departamento de marketing industrial de METTLER TOLEDO Process Analytics, Stefan ha consultado a las empresas químicas y de refinación más grandes del mundo sobre las mejores prácticas de control de procesos industriales. Está muy involucrado en la ingeniería de aplicaciones y el desarrollo de productos y está detrás del diseño y la comercialización de varios productos y tecnologías analíticas de procesos nuevos y revolucionarios.
Descubra cómo un sistema automatizado de limpieza de sensores de pH está ayudando a proporcionar un mejor rendimiento de la batería.
En este informe Pregunte al experto, Stefan van der Wal explica cómo la innovadora solución de medición de pH de METTLER TOLEDO para la fabricación de baterías de iones de litio supera las limitaciones convencionales.
A medida que navegamos por los desafíos del control del pH en el panorama de fabricación de baterías de iones de litio, es crucial que los fabricantes reconsideren sus estrategias y el diseño de sus equipos de proceso. Al adoptar tecnologías de sensores innovadoras y soluciones de mantenimiento automatizadas, los fabricantes pueden mejorar en gran medida la eficiencia de la producción y la calidad del producto.
El viaje hacia la producción de baterías de alto rendimiento puede tener sus baches, pero con las herramientas adecuadas, puede allanar el camino por delante.
Si estás ansioso por explorar el mundo de la inteligencia Soluciones de medición de pH y mantenimiento automatizado que pueden elevar sus procesos, consulte los últimos avances disponibles en la actualidad.
Lea más sobre todas las soluciones para la caracterización, producción y prueba de baterías.
