Anwendungen

Natrium-Ionen-Batterien (SIBs) gewinnen aufgrund des hohen Natriumgehalts der Erdkruste (2,6 % gegenüber 0,0065 % bei Lithium) als kostengünstige Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien an Bedeutung. Trotzdem weisen SIBs noch immer eine geringere Energiedichte auf, was den Bedarf an Elektrodenmaterialien mit hoher Kapazität unterstreicht. Hartkohlenstoff ist aufgrund seines geringen Natriumspeicherpotenzials und seiner hohen Kapazität ein starker Kandidat für SIB-Anoden. Faktoren wie die Mikrodomänenverteilung des Graphits, geschlossene Poren und Defektkonzentration wirken sich jedoch erheblich auf die anfängliche Coulomb-Effizienz (ICE) und die Stabilität aus. Modifikationsstrategien stoßen an Grenzen. Heteroatomdotierung kann die Kapazität erhöhen, aber die ICE senken. Herkömmliche CVD unterstützt die Bildung geschlossener Poren, hat aber den Nachteil einer langsamen Methanzersetzung, langer Zyklen und Defektbildung. Das Team von Professor Yan Yu an der University of Science and Technology of China (USTC) nutzte die CIQTEK Rasterelektronenmikroskop (REM) um die Morphologie verschiedener Hartkohlenstoffmaterialien zu untersuchen. Das Team entwickelte ein katalysatorgestütztes Verfahren zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), um die CH₄-Zersetzung zu fördern und die Mikrostruktur von Hartkohlenstoff zu regulieren. Übergangsmetallkatalysatoren wie Fe, Co und Ni senkten effektiv die Energiebarriere für die CH₄-Zersetzung, wodurch die Effizienz verbessert und die Abscheidungszeit verkürzt wurde. Co und Ni neigten jedoch zu einer übermäßigen Graphitisierung des abgelagerten Kohlenstoffs und bildeten längliche, graphitartige Strukturen sowohl in Quer- als auch in Dickenrichtung, die die Speicherung und den Transport von Natriumionen behinderten. Im Gegensatz dazu erleichterte Fe eine entsprechende Kohlenstoffumlagerung, was zu einer optimierten Mikrostruktur mit weniger Defekten und gut entwickelten Graphitdomänen führte. Diese Optimierung reduzierte die irreversible Natriumspeicherung, verbesserte die anfängliche Coulomb-Effizienz (ICE) und erhöhte die Verfügbarkeit reversibler Na⁺-Speicherplätze. Die optimierte Hartkohlenstoffprobe (HC-2) erreichte eine beeindruckende reversible Kapazität von 457 mAh g⁻¹ und einen hohen ICE von 90,6 %. Darüber hinaus bestätigten In-situ-Röntgenbeugung (XRD) und In-situ-Raman-Spektroskopie einen Natriumspeichermechanismus basierend auf Adsorption, Interkalation und Porenfüllung. Die Studie wurde veröffentlicht in Fortschrittliche Funktionsmaterialien unter dem Titel: Katalysatorgestützte chemische Gasphasenabscheidung von Hartkohlenstoff mit zahlreichen geschlossenen Poren für Hochleistungs-Natrium-Ionen-Batterien. Wie in Abbildung 1a dargestellt, wurde der Hartkohlenstoff mittels katalysatorunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) synthetisiert, wobei handelsüblicher poröser Kohlenstoff als Vorläufer und Methan (CH₄) als Ausgangsgas verwendet wurden. Abbildung 1d zeigt die Adsorptionsenergien von CH₄ un...

Das Team von Professor Yan Yu am USTC nutzte Die CIQTEK SEinmachenEElektronMMikroskop SEM3200 um die Morphologie nach dem Zyklus zu untersuchen. Es wurde amorpher Kohlenstoff mit kontrollierbaren Defekten als Kandidatenmaterial für eine künstliche Grenzflächenschicht entwickelt, die Kaliumophilie und katalytische Aktivität in Einklang bringt. Das Forschungsteam stellte eine Reihe von Kohlenstoffmaterialien mit unterschiedlichem Defektgrad her (bezeichnet als SC-X, wobei X die Karbonisierungstemperatur darstellt), indem es die Karbonisierungstemperatur regulierte. Die Studie ergab, dass SC-800 mit übermäßigen Defekten eine erhebliche Elektrolytzersetzung verursachte, was zu einem ungleichmäßigen SEI-Film und einer verkürzten Lebensdauer führte. SC-2300, mit den wenigsten Defekten, hatte eine unzureichende Affinität zu Kalium und induzierte leicht Kaliumdendritenwachstum. SC-1600, das eine lokal geordnete Kohlenstoffschicht besaß, zeigte eine optimierte Defektstruktur und erreichte das beste Gleichgewicht zwischen Kaliumophilie und katalytischer Aktivität. Es konnte die Elektrolytzersetzung regulieren und einen dichten und gleichmäßigen SEI-Film bilden. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass SC-1600@K eine Langzeitzyklusstabilität von bis zu 2000 Stunden bei einer Stromdichte von 0,5 mA cm aufwies.-2 und einer Kapazität von 0,5 mAh cm-2. Selbst bei höherer Stromdichte (1 mA cm-2) und Kapazität (1 mAh cm-2) behielt es eine hervorragende elektrochemische Leistung mit stabilen Zyklen von über 1300 Stunden bei. Im Vollzellentest behielt es in Kombination mit einer positiven PTCDA-Elektrode nach 1500 Zyklen bei einer Stromdichte von 1 A/g eine Kapazitätserhaltung von 78 % bei und demonstrierte damit eine hervorragende Zyklenstabilität. Diese Forschung mit dem Titel„Ausgleich von Kaliumophilie und katalytischer Aktivität einer künstlichen Grenzflächenschicht für dendritenfreie Natrium/Kalium-Metallbatterien“,wurde veröffentlicht inFortschrittliche Materialien.Abbildung 1:Die Ergebnisse der Mikrostrukturanalyse von Kohlenstoffproben (SC-800, SC-1600 und SC-2300), die bei unterschiedlichen Karbonisierungstemperaturen hergestellt wurden, werden vorgestellt. Mittels Techniken wie Röntgenbeugung (XRD), Raman-Spektroskopie, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und Weitwinkel-Röntgenstreuung (WAXS) wurden die Kristallstruktur, der Defektgrad sowie die Sauerstoff- und Stickstoffdotierung dieser Proben analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass mit steigender Karbonisierungstemperatur die Defekte in den Kohlenstoffmaterialien allmählich abnahmen und die Kristallstruktur geordneter wurde. Abbildung 2:Die Stromdichteverteilung während des Kaliummetallwachstums auf verschiedenen negativen Verbundelektroden wurde mittels Finite-Elemente-Simulation analysiert. Die Simulationsergebnisse zeigten, dass die Verbundelektrode SC-1600@K während der Kaliumabscheidung eine gleichmäßige Stromverteilung aufwies, was zur wirksamen Unterdrückung des dendritischen Wachstu...

Hochleistungs-Lithium-Kupfer-Folie ist eines der Schlüsselmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien und steht in engem Zusammenhang mit der Batterieleistung. Mit der steigenden Nachfrage nach höherer Kapazität, höherer Dichte und schnellerem Laden in elektronischen Geräten und Fahrzeugen mit neuer Energie sind auch die Anforderungen an Batteriematerialien gestiegen. Um eine bessere Batterieleistung zu erreichen, ist es notwendig, die gesamten technischen Indikatoren der Lithium-Kupfer-Folie zu verbessern, einschließlich ihrer Oberflächenqualität, physikalischen Eigenschaften, Stabilität und Gleichmäßigkeit. Analyse der Mikrostruktur mittels Rasterelektronenmikroskop-EBSD-Technik In der Materialwissenschaft bestimmen Zusammensetzung und Mikrostruktur die mechanischen Eigenschaften. Rasterelektronenmikroskop(REM) ist ein häufig verwendetes wissenschaftliches Instrument zur Oberflächencharakterisierung von Materialien und ermöglicht die Beobachtung der Oberflächenmorphologie von Kupferfolie und der Kornverteilung. Darüber hinaus ist die Elektronenrückstreubeugung (EBSD) eine weit verbreitete Charakterisierungstechnik zur Analyse der Mikrostruktur metallischer Materialien. Durch die Konfiguration eines EBSD-Detektors auf einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop können Forscher den Zusammenhang zwischen Verarbeitung, Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften herstellen. Die folgende Abbildung zeigt die Oberflächenmorphologie der elektrolytischen Kupferfolie, die mit dem CIQTEK Feldemissions-SEM5000 erfasst wurde Glatte Kupferfolienoberfläche/2 kV/ETD Kupferfolie, matte Oberflächee/2kV/ETD Wenn die Probenoberfläche ausreichend flach ist, kann mithilfe des SEM-Rückstreudetektors eine Elektronenkanalkontrastbildgebung (ECCI) durchgeführt werden. Der Elektronenkanalisierungseffekt bezieht sich auf eine deutliche Verringerung der Reflexion von Elektronen von Kristallgitterpunkten, wenn der einfallende Elektronenstrahl die Bragg-Beugungsbedingung erfüllt, wodurch viele Elektronen das Gitter durchdringen und einen „Kanalisierungseffekt“ entfalten können. Daher hängt bei polierten flachen polykristallinen Materialien die Intensität der Rückstreuelektronen von der relativen Ausrichtung zwischen dem einfallenden Elektronenstrahl und den Kristallebenen ab. Körner mit größerer Fehlorientierung ergeben stärkere Rückstreuelektronensignale und einen höheren Kontrast, was die qualitative Bestimmung der Kornorientierungsverteilung durch ECCI ermöglicht. Der Vorteil von ECCI liegt in der Möglichkeit, einen größeren Bereich auf der Probenoberfläche zu beobachten. Daher kann die ECCI-Bildgebung vor der EBSD-Erfassung für eine schnelle makroskopische Charakterisierung der Mikrostruktur auf der Probenoberfläche verwendet werden, einschließlich der Beobachtung von Korngröße, kristallographischer Orientierung, Verformungszonen usw. Anschließend kann die EBSD-Technologie verwendet werden, um den geeigneten Scanbereich festzulegen und Schrittgröße für die Kalibrierung de...

I. Lithium-Ionen-Akku   Bei der Lithium-Ionen-Batterie handelt es sich um eine Sekundärbatterie, deren Funktion hauptsächlich auf der Bewegung von Lithiumionen zwischen den positiven und negativen Elektroden beruht. Während des Lade- und Entladevorgangs werden Lithiumionen durch die Membran zwischen den beiden Elektroden ein- und ausgebettet, und die Speicherung und Freisetzung von Lithiumionenenergie erfolgt durch die Redoxreaktion des Elektrodenmaterials.   Lithium-Ionen-Batterien bestehen hauptsächlich aus positivem Elektrodenmaterial, Membran, negativem Elektrodenmaterial, Elektrolyt und anderen Materialien. Unter anderem spielt das Diaphragma in der Lithium-Ionen-Batterie eine Rolle bei der Verhinderung des direkten Kontakts zwischen den positiven und negativen Elektroden und ermöglicht den freien Durchgang von Lithiumionen im Elektrolyten, wodurch ein mikroporöser Kanal für den Transport von Lithiumionen entsteht.   Die Porengröße, der Porositätsgrad, die Gleichmäßigkeit der Verteilung und die Dicke der Membran der Lithium-Ionen-Batterie wirken sich direkt auf die Diffusionsrate und Sicherheit des Elektrolyten aus, was einen großen Einfluss auf die Leistung der Batterie hat. Wenn die Porengröße des Diaphragmas zu klein ist, ist die Durchlässigkeit für Lithiumionen begrenzt, was die Übertragungsleistung von Lithiumionen in der Batterie beeinträchtigt und den Batteriewiderstand erhöht. Wenn die Öffnung zu groß ist, kann das Wachstum von Lithiumdendriten die Membran durchdringen und Unfälle wie Kurzschlüsse oder Explosionen verursachen.   Ⅱ. Die Anwendung der Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie zum Nachweis von Lithiummembranen   Mithilfe der Rasterelektronenmikroskopie können die Porengröße und die Gleichmäßigkeit der Verteilung des Diaphragmas beobachtet werden, aber auch der Querschnitt des mehrschichtigen und beschichteten Diaphragmas kann gemessen werden, um die Dicke des Diaphragmas zu messen. Herkömmliche kommerzielle Membranmaterialien sind meist mikroporöse Folien, die aus Polyolefinmaterialien hergestellt werden, darunter einschichtige Folien aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und dreischichtige Verbundfolien aus PP/PE/PP. Polyolefin-Polymermaterialien sind isolierend und nicht leitend und sehr empfindlich gegenüber Elektronenstrahlen, was bei Betrachtung unter Hochspannung zu Aufladungseffekten führen kann und die Feinstruktur von Polymermembranen durch Elektronenstrahlen beschädigt werden kann. Das Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop SEM5000, das unabhängig von GSI entwickelt wurde, verfügt über die Fähigkeit einer Niederspannung und einer hohen Auflösung und kann die Feinstruktur der Membranoberfläche bei niedriger Spannung direkt beobachten, ohne die Membran zu beschädigen.   Der Diaphragma-Vorbereitungsprozess ist hauptsächlich in zwei Arten von Trocken- und Nassmethoden unterteilt. Das Trockenverfahren ist das Schmelzstreckverfahren, einschließlich des unidirektionalen Streckverfahre...

Im Januar 2022 konnte das von CIQTEK-QOILTECH bereitgestellte bohrkronennahe Folgemesssystem CatLiD-I 675 eine erfolgreiche Bohrbohrung im Linxingzhong-Gasfeld am Übergangsort zwischen dem Yishaan-Hang und der Jinxi-Biegefaltenzone im Ordos durchführen Becken, das die verbundenen Parteien gut erkannten. Die Lithologie der Ober- und Unterseite des Flözes der Zielschicht dieser Bohrung besteht hauptsächlich aus Tonstein und kohlenstoffhaltigem Tonstein. Das Kohleflöz ist in großer Tiefe vergraben und in den umliegenden Bohrlöchern sind weniger Referenzdaten verfügbar. Der Kohleflözabschnitt ist anfällig für Wandeinstürze und Bohrlochlecks, Bohrlöcher, die im Bohrloch stecken bleiben, Bohrungen unter der Erde und andere komplizierte Unfälle. Darüber hinaus ist die Anpassung der Bohrlochneigung aufgrund des Landungsvorschubs groß. Der Nahbohrkopf CIQTEK-QOILTECH CatLiD-I 675 wurde aus 2208 m Höhe aufgenommen und die erneute Testkurve stimmte mit der oberen Instrumentierung überein und lieferte Daten zur Orientierung, um einen genauen Landepunkt zu ermitteln.     Bei der Landung geht die Flugbahn aufgrund des Vorrückens des Kohleflözes bis zum Boden des Kohleflözes, und die Gammakurve des nahegelegenen Bohrers misst das vollständige Kurvenmuster des Kohleflözes von oben nach unten, was Folgendes liefert eine Grundlage für die spätere Beurteilung der Lage der Bohrlochtrajektorie innerhalb des Kohleflözes. Die Gammakurvenänderung des nahegelegenen Bohrers beim Bohren ist mit hoher Auflösung offensichtlich und ermöglicht eine genaue Beurteilung der Position innerhalb und außerhalb des Kohleflözes sowie innerhalb des Kohleflözes. Die genaue Änderung des Ganggesteins im Kohleflöz kann den Ort der Flugbahn effektiv bestimmen, was die Bohrtrefferrate und die Glätte der Bohrlochflugbahn verbessert.     Der Serviceabschnitt dieser Bohrung ist 2208–3208 m lang, mit einer Gesamtlänge von 1000 m und einer Bohrtrefferrate von 91,7 %; Eine Fahrt zum Bohren bis zur Fertigstellungstiefe mit einer Gesamtbohrzeit von 168 Stunden, 53,5 Stunden reinem Bohren und einer durchschnittlichen mechanischen Bohrgeschwindigkeit von 18,69 m/h, was den Bohrzyklus erheblich verkürzt! Die Vor-Ort-Teams von CIQTEK-QOILTECH und verwandten Teams arbeiteten zusammen, um den Bohrzyklus zu verkürzen, die Bohrtrefferrate zu erhöhen, das Risiko zu verringern und erhielten schließlich großes Lob von allen! Das CIQTEK-QOILTECH CatLiD-I 675 Near-Bit-Messsystem ist eine perfekte Ergänzung.