Характеристика электродов: типы, характеристики, какие лучше, производители

Содержание

Назначение и характеристика электродов

Лучшее предложение

Загрузите ваш запрос цен на товары в формате exel и получите 5 самых выгодных предложений от поставщиков по каждому товару.

5 июля 2017

Электроды используют для подвода электричества в рабочую зону дуговой электрической печи. Электроды должны обладать большой электрической проводимостью, механической стойкостью, они также должны иметь повышенную термостойкость, и небольшую цену. Перечисленным условиям соответствуют электроды на основе углеродистых материалов.

По итогам рассмотрения главных характеристик разнообразных электродов (таблица 2) можно сказать, что должно быть отдано предпочтение электродам на основе графита, а качество самоспекающихся электродов приближено к качеству электродов на основе углерода. В процессе создания электростали графитированные электроды носят название графитовые.

Плюсы графитовых электродов настолько весомы, что, невзирая на их дороговизну, ими пользуются производства, на которых установлены электросталеплавильные средние и крупные печи. Графитовые электроды производят диаметром от 75 до 555 мм со значениями допустимой плотности тока в соответствии с (ГОСТ 4426—71):




Диаметр электродов, мм


75


100


125


150


175


200


225


250


300


350


400


450


500


555


Плотность рабочего тока, А/см2
(не более)


34


32


29


26


24


23


22


21


19


18


16


16


15


15

В определенных ситуация изготавливают электроды диаметра 610, 710 мм и выше. В производстве нередко достигается достаточно повышенная рабочая плотность тока на электродах. Затраты электродов в таком случае увеличиваются.


Таблица 2 – Основные параметры разнообразных электродов







Электроды





Зольность, %





Кажущаяся пористость, кг/м3



Пористость, %





Удельное электросопротивление, 10-6 Ом*м





Механическая прочность, 103 Па или кгс/см2



Теплопроводность при 20 С, кДж/(м*ч*С)[ккал/(м*ч*С)]





Температура начала окисления, С





сжатие





растяжение





изгиб





Графитированные





0,1 – 1,5





1500 – 1700





28 – 30





8 – 12





200 – 350





30 – 60





50 – 100





420 (100)





600-700





Угольные





4 – 8





1480 – 1650





20 – 22





35 – 55





150 – 300





20





30 – 50





84 (20)





460-500





Самоспекающиеся*





6,5-78





1350 — 1500  




_____________




1680





20-30




______




26





60-85




________




10-30





80-300




_____




110-200








30




__




30





14,5-22





400-500

* Числитель – результаты технологических испытаний; знаменатель – данные для рабочего конца электрода.

На электрод в процессе плавки оказывается механическое влияние, часто направленное под углом к оси электрода, и вследствие этого у него должна быть большая механическая стойкость. Высокая пористость (низкая плотность) электрода приводит к сильному его окислению при высокой температуре. Электроды на основе угля по ГОСТ 4425—72 производят диаметром от 100 до 750 мм, и оптимальная плотность на них достигает 7—12 А/см2.

В ферросплавном производстве обширно пользуются электродами с самоспекающимися свойствами, которые являются заменой угольным и графитовым электродам там, где допускается небольшое науглероживание сплава и разбавление его железом. Электроды на основе угля используются при создании кристаллического кремния, а графитовые в процессе изготовления феррохрома с отсутствием углерода, металлических хрома и марганца. В основном промышленность пользуется электродами круглого типа с самоспекающимися свойствами и диаметром 2000 мм и плоскими электродами с самоспекающимися свойствами и размером до 3200*800 мм. Значения допустимой рабочей плотности электрода с самоспекающимися свойствами достигают 5—8,5 А/см2 (верхняя граница имеет отношение к малым электродам).

Технические характеристики электродов для сварки конструкционных сталей

Таблица 24. Технические характеристики электродов для сварки конструкционных сталей

Производственная марка электродов

Тип электродов по ГОСТ 9467—60

Механические свойства

Коэффициент наплавки в га/час

Потери на разбрызгивание и угар в. %

Коэффициент расхода электродов

металла шва

сварочного соединения

предел прочности в кг/мм’

относительное удлинение в %

ударная вязкость в кгм/с мг

угол загиба в градусах

ОММ-5

 

42—50

18—30

8—16

180

7,25

20

1,75—1,85

МЭЗ-04

 

45—53

20—30

10—14

120—180

8,4—9,0

15—25

1,75—2,10

ЦМ-7

 

48,9

20,9—28,2

9,5—10,6

—

11

10

1,70—1,80

ЦМ-7С

 

48,4

24,2

10,8

—

11—12,5

5—10

1,8—2,0

ЦМ-7СМ

 

45,5

26,8

12,5

—

11—12,5

5—10

1,8—2,0

ЦМ-8

 

49,0

27,о

11,1

—

10,5—11,0

—

—

ОМА-2

 

40—50

18—20

—

180

9—10

—

—

ЦНИЛСС-Э42

Э42

44—51

18—32

9,5—16,0

180

9,71

—

—

ЦНИЛСС-УКД

 

44—47,8

94 7—35 3

12,3—16,0

180

10,3

9

1,70—1,75

ЭПС-3

 

46—48

20—25

10—12

—

9—9,5

—

—

ЭПС-4

 

49,7

23,5

11,3

—

12,1

7

—

ЭПС-45

 

49,0

24,0

16,3

—

—

—

—

ЭПС-6

 

47—50

22—27

10—12

160

12—14

—

—

УОНИ-13/45

 

43—45

28—32

25—30

180

8

3

1,50—1,60

УОНИ-13/3/45

 

45—47

20—26

18—25

—

—

—

—

ЦЦ-1

 

49—53

28—29

15—16,1

180

10,4

7,0

1,35—1,45

УП-1/45

Э42А

43,5—46,2

28—33,7

28,5—31,4

—

9,8—10,3

2—7

—

УП-2/45

 

42,3—48,7

27,9—35,6

27,7—33,1

—

9,7—9,9

4—8

—

СМ-11

 

46—53

25—34

16—32

180

9,5—10

—

—

ВСР-50*

 

50,1

28,4

16—2

180

9,5

6—9

1,5—1,6

К-5**

Э50

50—55

18—24

9—13

120—180

10,1

7-10

1,50—1,60

Таблица 24 (окончание)

Производственная марка электродов

Тип элек- тродов по ГОСТ 9467—60

Механические свойства

Коэффициент наллавки в г/а-час

Потери на разбрызгивание и угар в %

Коэффициент расхода электродов

металла шва

сварного соединения

предел прочности в кг/мм1

относительное удлинение в %

ударная вязкость в кгм/см*

угол загиба в градусах

УОНИ-13/55

 

50—55

25—30

25—30

180

8

3

1,50—1,60

УОНИ-13/3 55

 

50—55

18—23

14—18

—

—

—

—

У-340/55

 

50—55

25—30

18—24

—

8,23

—

—

ЦУ-1

 

53—58

27—29

22—26

160—180

10,8

3,4

1,50—1,55

ЦУ-1СХ

Э50А

56,7

30

20

—

10,8

2

1,45—1,55

ЦУ-2СХ

 

53,4

26,8

18,3

—

10,5

6

1,50—1,60

УП-1/55

 

53,8—56,3

28,3—34,1

28—32,4

—

10

3—6

—

УП-2/55

 

53,8—58,3

29,2—31,9

27,7—33,1

—

9. 7

4—8

—

ЦЛ-23-А

 

>50

>16

> 13

—

—

—

—

ДСК-50

 

50

28

18

180

11

9,5

1,65—1,75

УОНИ-13/65

 

60—65

20—25

18—23

—

8

3

1,50

УОНИ-13/3/65

Э60А

60—65

15—20

14—18

—

—

—

—

У-340/65

 

60—65

23—28

15—17

—

8,74

13

1,70—1,85

УОНИ-13/85

 

85—90

12—20

9—10

—

—

2

1,45

ЦЛ-18

Э85

77,6

8

11,4

—

8,55

13

1,65—1,70

ЦЛ-18М0

 

84. 1

7,7

9,8

—

8,75

11

1,65—1,70

ЦЛ-19

 

80,8

13,6

5,3

—

9

10

1,65—1,70

У-340/105

Э100

100—105

10—12

7—10

—

8,07

—

—

*Если вес покрытия составляет 39% и выше от веса стержня, то электроды ВСР-50 удовлетворяют требованиям, предъявляемым ГОСТ 9467-60 к электродам типа Э50А.

** Наряду с электродами К- 5 применяются электроды К-5А, обеспечивающие за счет использования проволоки марки Св-08А получения механических свойств металла шва и сварного соединения, соответствующих электродам типа Э50А по ГОСТ 9467-60.

  • Назад

  • Вперед

какие бывают, где какие используются, схожие и отличительные характеристики

Сварочный электрод представляется металлическим или неметаллическим стержнем, изготовленным из токопроводящего материала, предназначен для подвода электричества к свариваемым элементам. Стержни выпускаются плавящимися и неплавящимися.

Последние выполняются из тугоплавкого сырья — вольфрама, синтетического графита либо электротехнического угля.

Плавящие же делают из сварочных прутков, нитей, покрытых защитным слоем. Обмазка защищает сердечник от негативного атмосферного воздействия, обеспечивает стабильное горение электрической дуги.

Содержание статьиПоказать

  • Общие сведения
  • Применение
  • Марки
  • Классификация
  • Сварочная проволока
    • Легирование
  • Условия использования

Общие сведения

Ручная электродуговая сварка применяется на всех промышленных и ремонтных предприятиях. Стержневые продукты походят на металлические пруты различного диаметра — 1,0-6,0 мм и длины — 25-45 см.

Предназначены для соединения элементов выполненных из чугуна, сталей, цветного металла, не требуют больших энергетических, материальных затрат.

Отрицательными сторонами термического процесса считается зависимость операции от квалификации сварщика, низкий КПД относительно более современных видов сварки, вредные испарения при исполнении работы.

Применение

Стержневые продукты используются для стыковки чугунных, стальных деталей, конструкций из цветных металлов, резки материалов.

Современные электроды разных видов позволяют проводить сварочные операции в любом пространственном положении.

Продукты для термических работ выполняются под определенные задачи, что делит их на конкретные виды и классы.

Марки

Плавящиеся стержни передают ток к деталям, образуют химическую реакцию с расплавленным материалом, чем обеспечивается соединение конструкций.

Неплавящиеся виды только осуществляют подвод разряда к сочленяемым элементам, присадочные же проволоки, прутки подводят отдельно.

Угольные, графитовые стержни обладают хорошей проводимостью, предназначены для сварки-резки, наплавочных работ, благодаря высокой температуре расплава.

Используются совместно с присадками, подаваемыми на участок дуги в процессе сварки либо предварительно уложенными на соединяемые области.

Главными их особенностями являются возможность многократного использования, неприлипание к поверхностям сочленяемых элементов.

Сердечник плавящегося электрода защищен обмазкой, которая обеспечивает высокое качество валика, улучшает эксплуатационные данные обработанной конструкции, предотвращает проникновение вредных примесей к сварочной ванне.

Газообразующий слой включает крахмал, диоксид марганца и др.

Защитное напластование также повышает скорость операции вследствие подачи большой силы напряжения, формирования предохранительной пленки на металлической плоскости, препятствующей попаданию в зону атмосферного воздуха.

Классификация

Электропроводные стержни обусловливаются различными характеристиками, куда входит толщина продукта. Это необходимо для правильного выбора при работе с конструкцией определенной толщины.

Маркировка, диаметр, описание вида электрода обычно присутствует на упаковке или коробке.

Электрод должен обеспечить следующие позиции:

  • стабильное горение электрической дуги, быстрое зажигание;
  • непрерывное расплавление обмазки;
  • равномерное наслоение шлака на валик;
  • легкое удаление шлака со сварочного валика;
  • отсутствие углублений, трещин, эффекта непроваривания.

Назначение продукта главным образом зависит от структуры металлического сердечника. При его изготовлении принимается во внимание группа факторов, которые позитивно влияют на формирование шва.

Таковыми являются:

  1. Классификация токопроводящего стержня по назначению.
  2. Размещение детали в конкретном месте, ее характеристика.
  3. Пространственное положение конструкции, факторы проведения работ.
  4. Толщина обрабатываемых элементов.
  5. Рабочие характеристики сварочного валика — изгибающий момент, устойчивость к разрыву, концентрация кислорода и др.

Токопроводящие стержни должны соответствовать типу обрабатываемого материала, что так же указывается на коробке. Для сваривания сталей используются следующие электроды:

  • углеродистых, низколегированных конструкционных, с кратковременной устойчивостью к разрыву до 600 МПа — «У»;
  • легированных конструкционных, с приведенной выше устойчивостью — «Л»;
  • легированных теплоустойчивых — «T»;
  • высоколегированных — «B»;
  • наплавки слоев, обусловленных особыми свойствами — «H»;.

Кроме буквенной классификации используется цифровая, указывающая наименьшую временную устойчивость к разрыву в ПМа.

Стоящий за цифрами символ A говорит о повышенных пластических свойствах, вязкости, некоторому ограничению химического состава.

Сварочная проволока

Проволоки насчитывают четыре вида:

  • алюминиевые;
  • омедненные нити;
  • нержавеющие;
  • трубчатые порошковые.

Первый тип используется для сварки алюминия и кремния либо марганца. Омедненные практикуются при соединении низкоуглеродистых сталей с низколегированными.

Прутки подобного состава повышают качество валика, содействуют горению электрической дуги, ограничивают распыление расплавленного металла.

Нержавеющие нити спаивают никелированные и хромированные стали, нержавейку. Трубчатая же проволока нашла применение в судостроении, там, где не рекомендуется использование иных видов стержней.

Последние производят операции в облаке защитных газов, порошковая ими не обладает.

Не последнюю роль играет обмазка электрода — покрытие, которое обеспечивает устойчивое горение дуги, формирование металла на валике с заданными показателями.

Таковыми представляются способность материала поглощать механическую энергию, сопротивление коррозии, пластичность и прочность.

Шлак предупреждает попадание кислорода с азотом в сварочную ванну, которые могут нарушить технологичность конструкции. Он также способствует уменьшению скорости затвердевания валика, позволяет выходить из него неметаллическим и газовым примесям.

Компонентами обмазки являются марганцевая руда, осадочная карбонатная горная порода, обогащенные титановые руды, кварцевый песок и др.

Легирование

Легирование сварочного валика совершается для повышения физических, механических свойств сочленения. Улучшение производится за счет добавочных компонентов — хрома, вольфрама, молибдена, никеля, марганца.

Легированная проволока так же содержит необходимые элементы, которые диффундируются в обрабатываемый металл, делаясь частью его состава.

Поможет повысить производительность процесса и увеличить слой наплавляемого металла, включенный в обмазку металлический порошок.

Он улучшает технологические параметры стержня, снижает скорость остывания материала, облегчает зажигание электрической дуги, проведение операции в условиях низких температур.

Электропроводные изделия покрываются следующими типами обмазки:

  1. A — кислотосодержащая, с включением оксидов марганца, железа, титана и кремния. Используется при операциях со сталями, не имеет пространственных локализаций.
  2. Б — основа содержит фторид кальция и соль угольной кислоты с кальцием. Не применяется при вертикальной сварке.
  3. Ц — целлюлозное покрытие с органическими добавками, которые защищают дугу и образуют тонкий пласт шлака.
  4. P — рутиловая обмазка уменьшает рассеивание горячего металла, стабилизирует горение разряда, формирует любые пространственные швы.
  5. Ж — указывает на железную 20%-ю добавку пудры.
  6. П — относится к прочим видам обмазки.

Существующие продукты со смешанным видом оболочки обозначаются по Государственному стандарту 946675 двойными символами:

  • кислое-рутиловое — AP;
  • рутиловое-основное — PБ;
  • рутиловое-целлюлозное — PЦ;
  • рутиловое с железной пудрой — PЖ.

Электроды подразделяются для работы в определенных пространственных позициях. Они маркируются цифровыми символами:

  • 1) — универсальный тип;
  • 2) — подходит для всех пространственных раскладов кроме вертикали;
  • 3) — допустим для вертикали-горизонтали, но не потолка.

Цифра 4 указывает только на горизонтальное положение.

Условия использования

Работа со сварочными продуктами обусловлена соблюдением некоторых правил. Одним из первых является целостность стержней.

Коробка с электродами не должна быть разрушена, весовые данные должны совпадать с этикеткой на упаковке, а шлаковый слой легко отставать от шва.

Не допускается попадание в контейнер воды, другой влаги, которая приводит к ухудшению сварочных операций за счет сырого покрытия. В случае отсыревания продукта, его следует высушить в специализированной печи не менее 60 мин. при температуре 260° C.

После термообработки электроды необходимо тщательно упаковать для предотвращения последующего увлажнения. Стержни повторно сушить не рекомендуется вследствие потери ими технологических свойств.

Остатки влаги могут сказаться негативным образом на качестве валика, привести к сильному разбрызгиванию плавящегося металла.

Образование углублений, трещин и раковин так же является следствием намокания. В работу не допускаются погнутые стержни, имеющие поврежденную обмазку.

Характеристика электрода деградации биоэлектрохимической системы на основе ультразвукового контроля in-situ: Биопленка и ионное осаждение

. 2021 1 октября; 789:147987.

doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.147987.

Epub 2021 24 мая.

Чжиян Ченг
1
 , Синь Цзян
2
, Чжао Цуй
2
 , Хуэй Цзя
3
 , Цзе Ван
4

Принадлежности

  • 1 Государственная ключевая лаборатория разделительных мембран и мембранных процессов, Университет Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай; Школа материаловедения и инженерии Университета Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай.
  • 2 Государственная ключевая лаборатория разделительных мембран и мембранных процессов, Университет Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай; Школа наук об окружающей среде и инженерии, Университет Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай.
  • 3 Государственная ключевая лаборатория разделительных мембран и мембранных процессов, Университет Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай; Школа экологических наук и инженерии Университета Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай; Государственная ключевая лаборатория биоматериалов и производства зеленой бумаги, Технологический университет Цилу, Шаньдунская академия наук, Цзинань 250353, Китай. Электронный адрес: [email protected].
  • 4 Государственная ключевая лаборатория разделительных мембран и мембранных процессов, Университет Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай; Школа материаловедения и инженерии Университета Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай. Электронный адрес: [email protected].

  • PMID:

    34052491

  • DOI:

    10.1016/j.scitotenv.2021.147987

Чжиян Ченг и др.

Научная общая среда.

.

. 2021 1 октября; 789:147987.

doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.147987.

Epub 2021 24 мая.

Авторы

Чжиян Ченг
1
 , Синь Цзян
2
 , Чжао Цуй
2
 , Хуэй Цзя
3
 , Цзе Ван
4

Принадлежности

  • 1 Государственная ключевая лаборатория разделительных мембран и мембранных процессов, Университет Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай; Школа материаловедения и инженерии Университета Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай.
  • 2 Государственная ключевая лаборатория разделительных мембран и мембранных процессов, Университет Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай; Школа наук об окружающей среде и инженерии, Университет Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай.
  • 3 Государственная ключевая лаборатория разделительных мембран и мембранных процессов, Университет Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай; Школа экологических наук и инженерии Университета Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай; Государственная ключевая лаборатория биоматериалов и производства зеленой бумаги, Технологический университет Цилу, Шаньдунская академия наук, Цзинань 250353, Китай. Электронный адрес: [email protected].
  • 4 Государственная ключевая лаборатория разделительных мембран и мембранных процессов, Университет Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай; Школа материаловедения и инженерии Университета Тяньгун, Тяньцзинь 300387, Китай. Электронный адрес: [email protected].

  • PMID:

    34052491

  • DOI:

    10.1016/j.scitotenv.2021.147987

Абстрактный

Поведение электродного интерфейса является решающим фактором, влияющим на работу биоэлектрохимических систем, и традиционные методы мониторинга не могут обеспечить обратную связь в реальном времени. Поэтому для непрерывного наблюдения за процессом формирования электроактивной биопленки и отложения солей на поверхности катода проводился ультразвуковой контроль in situ. Результаты показали, что биопленка сначала прикреплялась к поверхности катода. Затем Са 9Осадки 0007 2+ и Mg 2+ постепенно внедрялись в биопленку и накапливались между катодом и биопленкой. Электрохимические характеристики процесса адгезии биопленки и начального проникновения ионов были улучшены. Однако электрохимические характеристики осаждающего слоя снижаются, а время работы увеличивается. В этой статье, основанный на анализе масштабирования воздушного катода, был предложен новый метод контроля границы раздела электродов биоэлектрохимической системы, и производительность была восстановлена ​​с помощью обратного электрического поля.


Ключевые слова:

Биоэлектрохимическая система; Производительность электрода; Ионные осадки; Ультразвуковой мониторинг.

Copyright © 2021. Опубликовано Elsevier B.V.

Заявление о конфликте интересов

Декларация о конкурирующих интересах Мы заявляем, что у нас нет финансовых и личных отношений с другими людьми или организациями, которые могут ненадлежащим образом повлиять на нашу работу, что у нас нет профессионального или иного личного интереса любого рода в любом продукте, услуге или компании, который мог бы быть истолковано как влияющее на положение, представленное в рукописи под названием «Характеристика электрода деградации биоэлектрохимической системы на основе ультразвукового мониторинга in-situ: биопленка и осаждение ионов».

Похожие статьи

  • Новое понимание поведения интерфейса электрода с помощью трехмерного мониторинга ультразвукового изображения in situ на основе биоэлектрохимической системы.

    Лю В, Цзя Х, Цзян Х, У И, Ван Дж.
    Лю В. и др.
    Биоэлектрохимия. 2020 дек;136:107599. doi: 10.1016/j.bioelechem.2020.107599. Epub 2020 15 июля.
    Биоэлектрохимия. 2020.

    PMID: 32711364

  • Анализ вклада образования метана из пищевых отходов в нерасфасованном растворе и на биоэлектроде в реакторе биоэлектрохимического анаэробного сбраживания.

    Пак Дж.Г., Ли Б., Квон Х.Дж., Джун Х.Б.
    Парк Дж. Г. и др.
    Научная общая среда. 2019 20 июня; 670: 741-751. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.02.112. Epub 2019 20 февраля.
    Научная общая среда. 2019.

    PMID: 30

    0

  • Разложение тетрабромбисфенола А в зависимости от материалов электродов частиц в трехмерных реакторах с биопленочными электродами.

    Li XY, Peng P, Wang WK, Wang SY, Feng L, Zhang YC, Xu J.
    Ли XY и др.
    Окружающая среда Рез. 2021 июнь;197:111089. doi: 10.1016/j.envres.2021.111089. Epub 2021 31 марта.
    Окружающая среда Рез. 2021.

    PMID: 33811867

  • Биоэлектронные платформы для оптимального биоанода биоэлектрохимических систем: от нано- до макроскопии.

    Ким Б., Ан Дж., Фапьян Д., Чанг И.С.
    Ким Б. и др.
    Биоресурсная технология. 2015 ноябрь; 195: 2-13. doi: 10.1016/j.biortech.2015.06.061. Epub 2015 18 июня.
    Биоресурсная технология. 2015.

    PMID: 26122091

    Обзор.

  • Трехмерные биопленочные электродные реакторы (3D-BER) для очистки сточных вод.

    Ву Зи, Сюй Дж, Ву Л, Ни БДж.
    Ву З.И. и др.
    Биоресурсная технология. 2022 янв; 344 (Pt B): 126274. doi: 10.1016/j.biortech.2021.126274. Epub 2021 2 ноября.
    Биоресурсная технология. 2022.

    PMID: 34737054

    Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

термины MeSH

Правильный выбор электродного материала как ключ к созданию электрохимических сенсоров — характеристики углеродных материалов и прозрачных проводящих оксидов (ТСО)

. 2021 22 августа; 14 (16): 4743.

дои: 10.3390/ma14164743.

Анна Чирока
1
 , Дорота Зажечанска
1
 , Анна Вцисло
1

принадлежность

  • 1 Кафедра аналитической химии, Химический факультет, Гданьский университет, ул. Wita Stwosza 63, 80-308 Гданьск, Польша.

  • PMID:

    34443265

  • PMCID:

    PMC8400331

  • DOI:

    10.3390/ma14164743

Бесплатная статья ЧВК

Анна Чирока и соавт.

Материалы (Базель).

.

Бесплатная статья ЧВК

. 2021 22 августа; 14 (16): 4743.

дои: 10.3390/ma14164743.

Авторы

Анна Чирока
1
 , Дорота Зажечанска
1
 , Анна Вцисло
1

принадлежность

  • 1 Кафедра аналитической химии, Химический факультет Гданьского университета, ул. Wita Stwosza 63, 80-308 Гданьск, Польша.

  • PMID:

    34443265

  • PMCID:

    PMC8400331

  • DOI:

    10.3390/ma14164743

Абстрактный

Поиск новых электродных материалов стал одной из задач современной электрохимии. Получение электродов с оптимальными свойствами дает продукт с широким потенциалом применения, как в аналитике, так и в различных отраслях промышленности. Целью данного исследования был выбор из представленных электродных материалов (углеродных и оксидных) того, параметры которого будут оптимальными в контексте их использования для создания сенсоров. Методы электрохимической импедансной спектроскопии и циклической вольтамперометрии использовались для определения электрохимических свойств материалов. С другой стороны, такие свойства, как гидрофильность/гидрофобность и их топологическая структура, определялись с помощью измерения краевого угла и конфокальной микроскопии соответственно. На основе исследований, проведенных на широкой группе электродных материалов, было установлено, что прозрачные проводящие оксиды типа FTO (оксид олова, легированный фтором) обладают оптимальными электрохимическими параметрами и предлагают большие возможности модификации. Эти электроды характеризуются широким диапазоном работы и высокой химической стойкостью. Кроме того, наличие прозрачного оксидного слоя позволяет сохранить ценные оптоэлектронные свойства. Важной особенностью является также высокая чувствительность этих электродов по сравнению с другими испытанными материалами. Сочетание этих свойств определило выбор электродов FTO для дальнейших исследований.


Ключевые слова:

электроды ФТО; угольные электроды; проводящие материалы; контактный угол; электрохимические измерения.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Цифры

Рисунок 1

Схематическое изображение ассортимента…

Рисунок 1

Схематическое изображение диапазона электрохимической стабильности тестируемой группы…


фигура 1

Схематическое изображение диапазона электрохимической стабильности тестируемой группы электродов в 0,5 М Na 2 SO 4 вместе с обозначенной областью, в которой происходит электролиз воды (серое поле).

Рисунок 2

Сравнение циклических вольтамперограмм…

Рисунок 2

Сравнение циклических вольтамперограмм эталонных окислительно-восстановительных систем (Fe(CN) 6 ) 3-/4-…


фигура 2

Сравнение циклических вольтамперограмм эталонных окислительно-восстановительных систем (Fe(CN) 6 ) 3–/4– и H 2 Q/Q в водном растворе Na 2 SO 4 (0,5 М) зарегистрированы на следующих электродах: стеклоуглерод (СУ), легированный бором алмаз на силиконе (Si/BDD), углеродные наностенки на силиконе (Si/CNW) и легированный фтором оксид олова (FTO). Скорость сканирования: 0,1 против -1 .

Рисунок 3

Сравнение циклических вольтамперограмм…

Рисунок 3

Сравнение циклических вольтамперограмм модельной окислительно-восстановительной системы (Fe(CN) 6 ) 3…


Рисунок 3

Сравнение циклических вольтамперограмм модельной окислительно-восстановительной системы (Fe(CN) 6 ) 3 −/4 − (5 мМ) в водном растворе Na 2 SO 4 9026 ), зарегистрированных на электродах B-NCD на кремниевой и стеклянной подложке с различным соотношением (B)/(C).

Рисунок 4

Фотографии измерения контактного угла…

Рисунок 4

Фотографии измерения контактного угла (WCA) электродных материалов ( a ) GC,…


Рисунок 4

Фотографии измерения контактного угла (WCA) электродных материалов ( a ) GC, Si/BDD, Si/CNW и FTO; ( b ) легированные бором наноалмазы (B-NCD) на стеклянных и кремниевых подложках с различным соотношением (B)/(C).

Рисунок 5

График свободной поверхностной энергии (SFE)…

Рисунок 5

График свободной поверхностной энергии (SFE) и краевые углы испытанных проводящих материалов: (…


Рисунок 5

График свободной поверхностной энергии (SFE) и краевые углы испытанных проводящих материалов: ( a ) GC, Si/BDD, Si/CNW, Si/B-NCD-10k, Glass/B-NCD-10k и FTO; ( b ) легированные бором наноалмазы (B-NCD) на стеклянных и кремниевых подложках с различными соотношениями (B)/(C); γ S -SFE, γ D : дисперсная часть, γ P : полярная часть и WCA: краевой угол смачивания водой.

Рисунок 6

График контакта с водой…

Рисунок 6

График контактного угла воды (WCA) и обратимости окислительно-восстановительного процесса…


Рисунок 6

График краевого угла смачивания водой (WCA) и обратимости окислительно-восстановительного процесса для (Fe(CN) 6 ) 3 −/4 − пары (ΔE) от типа электрода: ( a ) GC, Si/BDD, Si/CNW, Si/B-NCD-10k, Glass/B-NCD-10k и FTO; ( b ) из разных уровней легирования электродов B-NCD на стеклянной и кремниевой подложке.

Рисунок 7

Конфокальный лазерный микроскоп Keyence VK-X1000…

Рисунок 7

Конфокальный лазерный микроскоп Keyence VK-X1000 фотографии поверхности электродных материалов: GC,…


Рисунок 7

Конфокальный лазерный микроскоп Keyence VK-X1000 фотографии поверхности электродных материалов: GC, Si/CNW и FTO.

См. это изображение и информацию об авторских правах в PMC

Похожие статьи

  • Функционализация поверхности образцов оксида олова, легированного фтором, посредством электрохимической прививки.

    Ламберти Ф., Аньоли С., Бриго Л., Граноцци Г. , Джомо М., Эльвассор Н.
    Ламберти Ф. и др.
    Интерфейсы приложений ACS. 2013 26 декабря; 5 (24): 12887-94. doi: 10.1021/am403292x. Epub 2013 5 декабря.
    Интерфейсы приложений ACS. 2013.

    PMID: 24171474

  • Электрохимическое поведение электродов из углеродной пасты, обогащенных наночастицами оксида олова, с помощью вольтамперометрии и спектроскопии электрохимического импеданса.

    Мути М., Эрдем А., Калискан А., Синаг А., Юмак Т.
    Мути М. и др.
    Коллоиды Surf B Биоинтерфейсы. 2011 авг. 1;86(1):154-7. doi: 10.1016/j.colsurfb.2011.03.034. Epub 2011 2 апр.
    Коллоиды Surf B Биоинтерфейсы. 2011.

    PMID: 21530186

  • Периодический макропористый нанокристаллический электрод из оксида олова, легированный сурьмой.

    Арсено Э. , Сохейлния Н., Озин Г.А.
    Арсено Э. и др.
    АКС Нано. 2011 г., 26 апреля; 5(4):2984-8. doi: 10.1021/nn2000492. Epub 2011 17 марта.
    АКС Нано. 2011.

    PMID: 21391718

  • Развитие исследований прозрачных электродных материалов с многослойной структурой.

    Цинь Л.Х., Ян Ю.К., Ю.Г., Чжан З.И., Жама Т., Сунь Х.
    Цинь Л.Х. и др.
    Материалы (Базель). 2021 23 июля; 14 (15): 4097. дои: 10.3390/ma14154097.
    Материалы (Базель). 2021.

    PMID: 34361291
    Бесплатная статья ЧВК.

    Обзор.

  • Углеродные нанотрубки и биоинспирированные электрохимические актуаторы на основе графена.

    Конг Л., Чен В.
    Конг Л. и др.
    Adv Mater. 2014 фев; 26 (7): 1025-43. doi: 10.1002/adma.201303432. Epub 2013 12 декабря.
    Adv Mater. 2014.

    PMID: 24338697

    Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

использованная литература

    1. Ван дер Линден В., Дикер Дж. Стеклоуглерод как электродный материал в электроаналитической химии. Анальный. Чим. Акта. 1980; 119:1–24. doi: 10.1016/S0003-2670(00)00025-8.

      —

      DOI

    1. Песин Л.А. Обзор структуры и свойств стеклообразного углерода. Дж. Матер. науч. 2002; 37:1–28. дои: 10.1023/A:1013100920130.

      —

      DOI

    1. МакКрири Р. Л. Усовершенствованные углеродные электродные материалы для молекулярной электрохимии. хим. 2008; 108:2646–2687. doi: 10.1021/cr068076m.

      —

      DOI

      —

      пабмед

    1. Таджик С., Бейтоллахи Х. Чувствительный хлорпромазиновый вольтамперометрический датчик на основе стеклоуглеродного электрода, модифицированного оксидом графена. Анальный. Биоанал. хим. Рез. 2019;6:171–182. doi: 10.22036/abcr.2018.89229.1154.

      —

      DOI

    1. Масикини М. , Гика М.Э., Бейкер П., Ивуоха Э., Бретт С.М.А. Электрохимический сенсор на основе стеклоуглеродного электрода, модифицированного многостенными углеродными нанотрубками/золотыми наночастицами, для обнаружения эстрадиола в пробах окружающей среды. Электроанализ. 2019; 31:1925–1933. doi: 10.1002/elan.201

      0.

      —

      DOI

Характеристики проницаемости поверхностной пленки, нанесенной на положительный электрод LiMn2O4, по окислительно-восстановительному индикатору | Наноконвергенция

  • Полная бумага
  • Открытый доступ
  • Опубликовано:
  • Хён-сын Ким 1,2 na1 ,
  • Jin Hyuk Yang 3 NA1 ,
  • JI WOO HAN 3 ,
  • LE THI THAO 3 ,
  • JI HEON RYU 4,
  • 4141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141414141. &
  • …
  • Ки Джэ Ким
    ORCID: orcid.org/0000-0002-2166-7467 3  

Наноконвергенция
том 8 , номер статьи: 21 (2021)
Процитировать эту статью

  • 1042 доступа

  • Сведения о показателях

Abstract

В данном документе были оценены характеристики поверхностной пленки на основе ферроценового окислительно-восстановительного индикатора шпинели оксида лития-марганца (LMO). Предварительная обработка ЖМО шпинели привела к образованию пленки на поверхности ЖИО. Поверхностная пленка, нанесенная на поверхность ЖМО, подавляет дальнейшее разложение электролита, в то время как проникновение окислительно-восстановительного индикатора размером примерно 0,7 нм не предотвращается. Легкий саморазряд ЖМО и ток регенерации из молекулы ферроцения наблюдали по окислительно-восстановительному индикатору в специально разработанной четырехэлектродной ячейке. По этому электрохимическому поведению определяется атака молекул HF небольшого размера на поверхность ЖМО через пленку, полученную из электролита на карбонатной основе; следовательно, предотвращение попадания молекул малого размера в осаждаемую поверхностную пленку имеет решающее значение для улучшения LiMn 9.0267 2 O 4 Литий-ионные аккумуляторы.

Введение

Применение литий-ионных аккумуляторов (ЛИА), состоящих из шпинели оксида лития-марганца (LMO), ограничено при повышенных температурах из-за интенсивного растворения Mn [1, 2]. Растворение Mn из положительного электрода минимально для снижения емкости самого положительного электрода; однако осаждение растворенных ионов переходного металла на поверхности отрицательного электрода разрушает первоначально сформированную границу твердого электролита (SEI), а новая SEI образуется в результате дальнейшего разложения электролита на открытой поверхности отрицательного электрода [1,2,3, 4,5]. Это явление потребляет пригодные для использования ионы лития и растворители электролита в собранном элементе; следовательно, сопротивление и емкость элемента снижаются при циклировании при повышенных температурах, а хранение с электродами ЖМО является очень серьезным. В прошлом растворение иона Mn из ЖМО было довольно серьезным из-за искажения Яна-Теллера структуры-хозяина из-за внутренней степени окисления иона Mn. Таким образом, растворение иона Mn(II) в результате реакции диспропорционирования Mn(III) в структуре хозяина ЖИО имеет решающее значение для выхода из строя клеток, содержащих электроды ЖМО [2, 6, 7]. Чтобы улучшить быстрое растворение иона Mn из структуры-хозяина, проводят легирование LMO многовалентными ионами металлов для увеличения средней степени окисления Mn; и, следовательно, растворение Mn из-за ян-теллеровского искажения значительно подавляется в передовых активных материалах ЖИО [8,9].,10]. Тем не менее, воздействие фтористого водорода (HF) в результате разложения электролита легко растворяет ионы Mn при повышенных температурах [9, 11], и этот механизм отказа является серьезной проблемой в современной химии ЖМО с использованием ЛИА. Поскольку образование HF в растворе электролита легко происходит в результате термического разложения соли LiPF 6 , подавление воздействия HF на электрод ЖМО является решающим фактором для улучшения электрохимических характеристик элементов, содержащих ЖИО [1, 12, 13]. Чтобы усилить разрушение элементов, содержащих ЖМО, при повышенной температуре, проводят высокопассивирующее поверхностное пленкообразование, чтобы уменьшить растворение Mn из электрода ЖИО [9]. , 14,15,16]. В многочисленных исследованиях сообщалось, что пассивирующая пленка формируется на поверхности положительного электрода после начального процесса формирования, и осажденная пленка существенно влияет на электрохимические свойства материала положительного электрода [10, 17, 18]. Вышеупомянутая органическая/неорганическая композитная пленка, нанесенная на поверхность положительного электрода [19,20,21], подавляет дальнейшее анодное разложение компонентов электролита, тем самым уменьшая растворение переходного металла [22, 23]. Однако, насколько нам известно, пассивирующая способность HF или молекул большого размера на поверхностной пленке не изучалась, в то время как воздействие HF сильно влияет на электрохимические характеристики клеток, содержащих ЖИО. В данном случае окислительно-восстановительный индикатор использовался для оценки пассивирующих свойств поверхностных пленок, полученных из этиленкарбоната. В то время как интерпретация пассивирующей способности SEI, нанесенного на угольный электрод, на основе окислительно-восстановительного индикатора проводится, физико-химические свойства поверхностной пленки на положительном электроде недостаточно проанализированы [24, 25]. Используемый здесь окислительно-восстановительный индикатор должен удовлетворять двум электрохимическим и физико-химическим свойствам. Во-первых, устойчивость к окислению превышает 4,2 В ( против . Li/Li + ), указывающий на окислительно-восстановительный сигнал индикатора. Во-вторых, окислительно-восстановительный потенциал должен быть намного ниже рабочего напряжения положительного электрода. Ферроцен (Fc) является подходящим окислительно-восстановительным индикатором, удовлетворяющим этим двум свойствам [26]. Fc очень стабилен в карбонатных электролитах при 4,2 В ( против , Li/Li + ), а окислительно-восстановительный потенциал Fc составляет около 3,2–3,4 В ( против , Li/Li + ), что ниже рабочее напряжение ЖМО. Кроме того, молекулярный размер Fc (примерно 3,31 Å) [27] больше, чем у молекулы HF (длина связи = 0,91 Å). Таким образом, сигнал проникновения Fc на поверхность электрода ЖМО подразумевает, что HF может атаковать поверхность ЖИО; следовательно, поверхностная пленка недостаточна для подавления воздействия ВЧ со стороны электролита. В этом исследовании достаточно оценить поверхностную пленку, полученную из типичного карбонатного электролита, этиленкарбонат:диэтилкарбонат (1,0 M  LiPF 6 EC/DEC, 1:1 =  v / v ). для подавления проникновения ВЧ. Если этот предложенный метод действителен, возможно расширение экспериментов на основе окислительно-восстановительных индикаторов для оценки поверхностных пленок на поверхностях положительных электродов.

Методы/экспериментальные

Циклические вольтамперометрические испытания

Двухэлектродный плоский элемент 2032 был собран для вольтамперометрических экспериментов с использованием LiMn 2 O 4 Алюминиевый рабочий электрод токосъемника с покрытием [90:5:5] мас. .%; активный материал: полимерное связующее Super P:PVdF (Kureha)] и разделитель полипропилен-полиэтилен-полипропилен (PP-PE-PP)/металлический литий. 0,1 М ферроцена (Sigma Aldrich, 98%) растворяли до 1,0 М гексафторфосфат лития (LiPF 6 ) в электролите этиленкарбонат:диэтилкарбонат (EC:DEC = 1:1, v / v ) и применили к испытаниям циклической вольтамперометрии (CV). После сборки батарейки типа «таблетка» в перчаточном боксе, заполненном аргоном, ячейку-таблетку вынесли для электрохимической характеристики.

Изготовление четырехэлектродной ячейки стакана

Для измерения тока утечки на поверхности электрода ЖИО после формирования была разработана четырехэлектродная ячейка с добавлением двух рабочих электродов. Ячейка состояла из металлического лития/сетки Pt (Sigma Aldrich)/электрода LMO/металлического лития. В каждый контакт электродов добавляли сепаратор ПП-ПЭ-ПП. Для первоначального формирования пленки на электроде ЖМО 15 мл 1,0  M LiPF 6 в электролите EC/DEC (1:1, против / против ). Шаг 0,2 Кл постоянный ток-постоянное напряжение (0,05 Кл ток отсечки) применялся для пяти циклов формирования. После образования Fc добавляли к 1,0 M LiPF 6 в EC/DEC (1:1 =  v / v ) электролите (0,1 M ). После добавления Fc к сетчатому Pt-электроду прикладывали постоянное напряжение 3,0 В ( против . Li/Li + ) для сбора челночного тока окислительно-восстановительной пары Fc.

Результаты и обсуждение

На рисунке 1 показана циклическая вольтамперограмма Fc на оголенной поверхности электрода ЖМО. Предпосылки окислительно-восстановительного индикатора резюмируются следующим образом: во-первых, химическая обратимость окислительно-восстановительной пары в электролите на основе карбоната; это связано с тем, что окисленная окислительно-восстановительная пара мигрирует к противоположному сетчатому электроду, тем самым демонстрируя окислительно-восстановительный ток. Во-вторых, окислительно-восстановительный потенциал индикатора окислительно-восстановительного потенциала. Индикатор окислительно-восстановительного потенциала должен легко окисляться на поверхности ЖМО (приблизительно 4,0 В против . Li/Li + ) и восстанавливается на поверхности токосъемного электрода (3,0 В против . Li/Li + ). Предпосылки были оценены CV. Известно, что Fc в высокой степени обратим в неводных средах, и поэтому он оценивается как окислительно-восстановительный индикатор для электрода ЖИО. Электрохимические характеристики Fc были измерены для оценки его обратимых характеристик в карбонатных электролитах и ​​его окислительно-восстановительного потенциала на поверхности ЖМО. В карбонатных электролитах обратимые характеристики Fc можно измерить, разделив отношение пикового тока окисления и восстановления. Поскольку отношение окисления/восстановления близко к единице, обратимая характеристика Fc сохраняется в карбонатном электролите. Кроме того, наблюдаемый окислительно-восстановительный потенциал Fc составляет 3,26 В ( против . Li/Li + ), что намного ниже рабочего напряжения LMO. Поскольку спонтанный перенос заряда происходит из-за разности окислительно-восстановительных потенциалов между электродом LMO и проникающими через пленку молекулами Fc, Fc можно использовать в качестве окислительно-восстановительного индикатора проникновения через поверхностную пленку. Кроме того, Fc имеет гораздо больший молекулярный размер, чем HF; поэтому характеристика проникновения молекулы HF в образующуюся поверхностную пленку может быть успешно проверена.

Рис. 1

Циклическая вольтамперограмма, полученная от 0,1  M Fc растворенный 1,0 M LiPF 6 в EC/DEC (1:1 =  v / v ) электролит в Li/LMO ячейке со скоростью сканирования 10 мВ с

7 -1

3 size image

Перед добавлением окислительно-восстановительного индикатора на нетронутую поверхность ЖИО наносили пленку. Предварительная обработка известна как эффективная пассивирующая пленкообразующая процедура на поверхности активного материала; таким образом, перед добавлением окислительно-восстановительного индикатора в четырехэлектродную ячейку была проведена предварительная циклическая обработка [ссылка]. На рисунке 2 показан профиль предварительного цикла и кулоновская эффективность электрода LMO при комнатной температуре. Поскольку однородное пленкообразование имеет решающее значение для пассивации окислительно-восстановительных молекул, низкое C -проведено повторное циклирование скорости. Предзацикливание показало стабильное время против . кривые напряжения от активного материала ЖИО. Более того, напряжение холостого хода (НХХ) после 6-го делитирования хорошо сохраняется после 10-часового периода покоя. Следовательно, пленка хорошо сформирована на поверхности ЖМО, а саморазряд ЖМО подавляется из сформированной поверхностной пленки. Отметим, что даже литирование и делитирование активного материала проводятся с двухфазными реакциями, сильный саморазряд активного материала сильно влияет на значения OCV [28, 29].]. В то время как кулоновская эффективность составляла примерно 95% в начальном цикле, постепенное увеличение кулоновской эффективности наблюдалось после повторных циклов и поддерживалось на уровне более 99 %; следовательно, разложение электролита на поверхности ЖМО сосредоточено на начальном циклировании пласта. Со времен против . кривой напряжения и кулоновского КПД, было получено эффективное формирование поверхностной пленки.

Рис. 2

а Хронопотенциограмма от 0,2 С  гальваностатический заряд–разряд в диапазоне напряжений 3,0–4,3 В ( vs . Li/Li + ) с Li/LMO-ячейкой и b Кулоновский КПД при гальваностатическом циклировании

Полноразмерное изображение

Рисунок 3 показана экспериментальная схема электрохимического измерения проникшего окислительно-восстановительного индикатора Fc. Электрод LMO был предварительно циклирован пять раз для образования поверхностной пленки. Кулоновская эффективность и сохранение OCV, полученные после полной зарядки ЖМО, указывают на то, что пленка была эффективно сформирована на поверхности ЖИО, тем самым подавляя саморазряд ЖИО. После стабилизации электрода ЖМО Fc вводили в раствор электролита на полностью заряженном электроде ЖМО, включающем ячейку. Так как окислительно-восстановительный индикатор легко окисляется на поверхности электрода ЖМО и рассеивает токосъемное напряжение 3,0 В ( против . Li/Li + ) поляризованная поверхность Pt-сетки, окисленный Fc повторно собирается на поверхности Pt-сетки. Таким образом, саморазряд ЖМО-электрода от проникшей молекулы Fc непосредственно наблюдался по генерации окислительно-восстановительного тока. Индуцированный Fc окислительно-восстановительный ток был дополнительно подтвержден путем проведения измерений OCV электрода LMO. Поскольку саморазряд ЖМО происходит за счет проникновения Fc в осаждаемую поверхностную пленку, одновременно происходит литирование (саморазряд) ЖМО-электрода. Короче говоря, саморазряд от проникновения Fc измеряется саморазрядом электрода LMO и окислительно-восстановительным током, генерируемым ферроцением (Fc + ) образование на поверхности ЖИО.

Рис. 3

Экспериментальная схема измерения проницаемости поверхностной пленки, нанесенной на поверхность положительного электрода, с помощью окислительно-восстановительного индикатора

Изображение в натуральную величину и анализируемые результаты. На рисунке 4а показана сводная схема электрохимической реакции, протекающей в четырехэлектродной ячейке. Четырехэлектродная ячейка имеет преимущество в индивидуальном контроле и измерении электрохимической реакции LMO и Pt сетчатых электродов. Из одновременного измерения диффузионного тока от генерируемого Fc + на поверхности LMO на Pt-электроде и капле OCV электрода LMO, можно определить точный анализ реакции саморазряда электрода LMO; потому что падение OCV указывает только на саморазряд электрода LMO, что не идентично значению с образованием видов Fc + . Окислительно-восстановительный потенциал Fc находится посередине между рабочим напряжением LMO и приложенным напряжением сетчатого Pt-электрода; следовательно, окислительно-восстановительная пара окисляется на ЖМО вблизи поверхности и регенерируется на поверхности Pt-сетки. Таким образом, саморазряд электрода ЖИО возникает в результате реакции переноса заряда, происходящей на поверхности ЖМО, и регенерации Fc + до Fc происходит на поверхности сетки Pt. Это поведение окислительно-восстановительного челнока определяет проникновение Fc в осажденную пленку на поверхности ЖМО. На рис. 4b показано время 90 601 и 90 574 . Кривая OCV ЖИО и текущий график собранных Fc + . Время против . График OCV LMO демонстрирует легкий саморазряд электрода LMO в течение 1 часа после воздействия Fc; следовательно, описана возможность проникновения Fc в поверхностную пленку на активном материале ЖИО. Потому что OCV LMO возвращается к исходным значениям разряженного OCV, прогнозируется полный саморазряд активного материала LMO. Для определения саморазряда ЖМО от генерации Fc + в результате реакции переноса заряда на поверхности ЖМО на Fc диффузионный ток от только что сгенерированного Fc + регистрируют на поверхности Pt-сетки. Саморазряд ЖМО наблюдался при проникновении Fc в поверхность ЖМО, так как потенциал Pt-электрода составлял 3,0 В ( против . Li/Li + ), восстановление Fc + легко осуществляется на поверхности Pt из-за высокого перенапряжения. Хроноамперограмма показывает коттрелловское поведение тока на поверхности сетки Pt; следовательно, диффузия Fc + объясняется. Кроме того, диффузионный ток синхронизируется с профилем затухания OCV; таким образом, плохая пассивирующая способность поверхностной пленки, нанесенной на электрод ЖМО, является основной причиной саморазряда. Схематическое изображение поверхностной пленки, полученной из карбоната, показано на рис. 4c. Во время первоначальной предварительной обработки поверхность ЖМО была пассивирована продуктами карбонатного разложения. Хотя поверхностная пленка, нанесенная на поверхность ЖМО, дополнительно подавляет разложение электролита на поверхности ЖМО, проникновение молекул с нейтральным зарядом предотвратить невозможно. Следовательно, саморазряд электрода ЖМО легко происходит из-за реакции переноса заряда на молекулу индикатора окислительно-восстановительного потенциала. Молекула, использованная в этом исследовании, имела идеальный размер примерно 3,31 Å [27]; поэтому проникновение молекул HF в поверхностную пленку легко возможно в обычных пленках на основе карбонатов. В заключение, блокирующая способность молекулы HF в осаждаемой поверхностной пленке имеет решающее значение для повышения эффективности LIB, содержащих ЖМО.

Рис. 4

a Потенциальная диаграмма электрохимического отклика. b Время против . График OCV для четырехэлектродной ячейки Li/Pt/LMO/Li и время 90 601 против 90 574 . плотность тока, зарегистрированная при 3,0 В ( против , Li/Li + ) поляризованного Pt-сетчатого электрода. c Схематическая диаграмма результатов анализа окислительно-восстановительного индикатора

Изображение полного размера

Выводы

Молекула Fc введена в качестве окислительно-восстановительного индикатора пассивирующей способности поверхностной пленки LiMn 2 O 4 (ЖМО) положительный электрод. От переноса заряда ЖМО на проникшую молекулу Fc вблизи поверхности ЖМО наблюдается саморазряд электрода ЖМО и диффузионный ток от молекулы ферроцения. Поверхностная пленка на ЖМО, полученная из карбонатного электролита, подавляет непрерывное разложение электролита, в то время как проникновение молекул Fc не препятствует. Поскольку молекула Fc больше, чем молекула HF, атакующая ЖМО, деградация поверхности ЖМО в результате воздействия HF не может быть ограничена в обычных пленках, полученных из карбонатов. Следовательно, для улучшения LIB, содержащих ЖМО, необходим функциональный электролит, пассивирующий поверхность положительного электрода, чтобы предотвратить приближение HF к поверхности ЖИО. Следовательно, модификация поверхностной пленки LMO для подавления проникновения HF имеет решающее значение для улучшения электрохимических характеристик электрода LMO.

Доступность данных и материалов

Наборы данных, использованные и/или проанализированные в ходе текущего исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.

Сокращения


ЖИО
:

Литий-оксид марганца


ВЧ
:

Гидрофтористый


LIB
:

Литий-ионные батареи


Мн
:

Марганец


СЭИ
:

Твердоэлектролитный межфазный слой


ФК
:

Ферроцен


ЕС
:

Этиленкарбонат


ДЕК
:

Диэтилкарбонат


ПВДФ
:

Поливинилиденфторид


Пт
:

Платина


ПП
:

Полипропилен


ЧП
:

Полиэтилен


резюме
:

Циклическая вольтамперометрия


OCV
:

Напряжение холостого хода

Ссылки

  1. «>

    Л. Ханф, Дж. Хеншель, М. Диль, М. Винтер, С. Новак, Электрофорез 41 , 697 (2020)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  2. Д.Х. Джанг, Ю.Дж. Шин, С.М. О, Дж. Электрохим. соц. 143 , 2204 (1996)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  3. Х. Ким, Дж. Б. Ли, С. Хван, С. Че, Дж. Х. Рю, С.М. О, приложение ACS. Энергия Матер. 4 , 128 (2021)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  4. Х. Ким, С. Юрнг, С. Сим, Т. Юн, Дж. Мун, Дж.Х. Рю, С.М. О, Электрохим. коммун. 58 , 25 (2015)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  5. И.Х. Чо, С.-С. Ким, С. С. Шин, Н.-С. Чой, Электрохим. Твердотельное письмо. 13 , A168 (2010)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  6. «>

    М.М. Теккерей, А. де Кок, М.Х. Rossouw, D. Liles, R. Bittihn, D. Hoge, J. Electrochem. соц. 139 , 363 (1992)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  7. М.М. Теккерей, Дж. Ам. Керам. соц. 82 , 3347 (1999)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  8. М. Окада, Ю.-С. Lee, M. Yoshio, J. Power Sources 90 , 196 (2000)

    Статья
    КАС

    Google ученый

  9. Д. Ким, С. Парк, О.Б. Че, Дж.Х. Рю, Ю.-Ю. Ким, Р.-З. Инь, С.М. О, Дж. Электрохим. соц. 159 , A193 (2012)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  10. Д. Ким, Т. Юн, С. Пак, С. Шин, Дж.Х. Рю, С.М. О, Дж. Электрохим. соц. 161 , A2020 (2014)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  11. «>

    М. Очида, Ю. Доми, Т. Дои, С. Цубоучи, Х. Накагава, Т. Яманака, Т. Абэ, З. Огуми, Дж. Электрохим. соц. 159 , A961 (2012)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  12. С.Л. Кэмпион, В. Ли, Б.Л. Лучт, Дж. Электрохим. соц. 152 , A2327 (2005)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  13. В. Ли, Б.Л. Лучт, Дж. Электрохим. соц. 153 , A1617 (2006)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  14. А. Мантирам, В. Чой, Electrochem. Твердотельное письмо. 10 , A228 (2007)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  15. С. Лим, Дж. Чо, Электрохим. коммун. 10 , 1478 (2008)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  16. «>

    О.К. Парк, Ю. Чо, С. Ли, Х.К. Ю, Х.К. Сонг, Дж. Чо, Energy Environ. науч. 4 , 1621 (2011)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  17. K. Xu, Chem. 114 , 11503 (2014)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  18. K. Xu, Chem. Ред. 104 , 4303 (2004)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  19. П. Арора, Р.Э. Уайт, М. Дойл, Дж. Электрохим. соц. 145 , 3647 (1998)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  20. И. Ямада, К. Миядзаки, Т. Фукуцука, Ю. Ирияма, Т. Абэ, З. Огуми, Дж. Источники питания 294 , 460 (2015)

    Статья
    КАС

    Google ученый

  21. Р. Хаусбранд, Д. Беккер, В. Ягерманн, прог. Твердотельный гл. 42 , 175 (2014)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  22. Т.Дж. Ли, Х. Ким, Х.С. Хван, Дж. Сун, Дж. Юнг, Дж.Х. Рю, С.М. О, Дж. Электрохим. соц. 165 , A575 (2018)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  23. К. Эдстрем, Т. Густафссон, Й.О. Томас, Электрохим. Acta 50 , 397 (2004)

    Артикул

    Google ученый

  24. О.К. Харрис, М.Х. Тан, J. Phys. хим. С 122 , 20632 (2018)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  25. М. Танг, Дж. Ньюман, Дж. Электрохим. соц. 159 , A281 (2012)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  26. Р.Р. Ганье, Калифорния Коваль, Г. Ц. Лисенский, неорг. хим. 19 , 2854 (1980)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  27. Д. Брага, Ф. Грепиони, Металлоорганические соединения 11 , 711 (1992)

    Статья
    КАС

    Google ученый

  28. Х. Пак, Т. Юн, Дж. Мун, Дж.Х. Рю, Дж.Дж. Ким, С.М. О, Дж. Электрохим. соц. 160 , A1539 (2013)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

  29. Х. Чжон, Дж. Ким, Дж. Сун, С. Че, С. Хван, Дж.Х. Рю, С.М. О, Электрохим. Акта 277 , 59 (2018)

    Артикул
    КАС

    Google ученый

Ссылки на скачивание

Благодарности

Неприменимо.

Финансирование

Эта работа была поддержана грантами Национального исследовательского фонда Кореи (2019R1A2C1004694) и Программой промышленных технологических инноваций Корейского оценочного института промышленных технологий (KEIT), предоставленной финансовыми ресурсами Министерства торговли, промышленности и энергетики. , Республика Корея (200049 г.54). Кроме того, эта статья была поддержана Исследовательским фондом Университета Конкук в 2020 году.

  • Факультет химической и биологической инженерии, Сеульский национальный университет, 1 Кванак-ро, Кванак-гу, Сеул, 08826, Республика Корея

    Хён-сын Ким и Сын М. О

  • Исследовательский центр передовых аккумуляторов, Корейский институт электронных технологий, 25, Саэнари-ро, Соннам, 13509, Республика Корея Gwangjin-gu, Seoul, 05029, Республика Корея

    Jin Hyuk Yang, Ji Woo Han, Le Thi Thao и Ki Jae Kim

  • Высшая школа наукоемких технологий и энергетики, Корейский политехнический университет, 237 Sangidaehak-ro , Siheung-si, Gyeonggi-do, 15073, Республика Корея

    Ji Heon Ryu

    • Авторы

    1. Hyun-seung Kim

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    2. Jin Hyuk Yang

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    3. Ji Woo Han

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Академия

    4. Le Thi Thao

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    5. Ji Heon Ryu

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    6. Seung M. Oh

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    7. Ки Джэ Ким

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в
      PubMed Google Scholar

    Contributions

    H.S.K. и Дж.Х.И. проанализировал и интерпретировал электрохимические данные и написал оригинальную рукопись. Дж.В.Х. и Л.Т.Т. проводил опыты. Дж.Х.Р., С.М.О. и К.Дж.К. выполнил курирование данных, общий обзор рукописи и получение финансирования. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

    Авторы переписки

    Переписка с
    Сын М. О или Ки Джэ Ким.

    Декларация этики

    Конкурирующие интересы

    Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

    Дополнительная информация

    Примечание издателя

    Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

    Published by admin