Desde computadoras portátiles ligeras hasta la conducción de vehículos eléctricos a campo traviesa, innumerables aplicaciones requieren aumentar la densidad energética y el desempeño de las baterías de iones de litio. Dado que los electrodos de las baterías contribuyen directamente a estos aspectos de su funcionamiento, los electrodos y sus componentes son de especial interés para los investigadores de baterías que pretenden llevar la tecnología al siguiente nivel. El procesamiento de los lodos de las baterías es también un paso clave de la fabricación, que ofrece importantes oportunidades para aumentar la eficiencia y reducir los costos.

Para optimizar la estabilidad y fluidez de un lodo, es necesario encontrar la formulación adecuada de materiales de cátodo/ánodo, aglutinante, aditivos y disolvente. La reología, el estudio del flujo y la deformación de los materiales, es un método de análisis útil para la investigación, el desarrollo y el control de calidad de los lodos.

La reología ayuda a los productores de baterías a medir y analizar las cualidades clave de los lodos, entre las que se incluyen:

• Mezcla y revestimiento
• Cambios estructurales y recuperación
• Estabilidad y vida útil
• Homogeneidad del electrodo
• Control de calidad

Hay tres medidas reológicas cruciales para los lodos de baterías: la viscosidad, el índice tixotrópico y el límite elástico.
La viscosidad mide la resistencia al flujo de un lodo o su fricción interna. La formulación y las materias primas de un lodo pueden alterar en gran medida su comportamiento de flujo. Comprender la fluidez de un lodo es importante para optimizar las condiciones de procesamiento para la mezcla y el revestimiento.

El comportamiento tixotrópico describe los cambios dependientes del tiempo en la deformación estructural de un material. Proporciona información sobre la estructura del lodo en reposo, cómo se deforma durante el revestimiento y con qué rapidez se recuperará después del revestimiento.

El límite elástico es la tensión aplicada a la que el material empieza a fluir. A valores de tensión inferiores al límite elástico, el material no fluye. El límite elástico es crucial para predecir la vida útil de un lodo y su estabilidad frente a la sedimentación.

La reología de los lodos ayuda a los investigadores a determinar la mejor formulación para sus electrodos. Por ejemplo, la reología puede diferenciar sensiblemente las condiciones de estabilidad entre varias formulaciones diferentes de lodo. Un estudio realizado en Essential Battery Slurry Characterization Techniques utilizó el análisis reológico para identificar mezclas homogéneas superiores y un mejor desempeño de la batería. Vea el experimento y los resultados en el libro electrónico aquí.

La matriz del lodo del electrodo incluye polvos activos que son fundamentales para el funcionamiento y el desempeño de la batería. La reología del polvo mide la cohesión, el límite elástico y el flujo de un material en polvo. Sin embargo, la forma, el tamaño y los tratamientos superficiales de un polvo pueden alterar el comportamiento de un lodo, desde la disminución de la viscosidad hasta la facilidad de dispersión. La reología del polvo ofrece información sobre las condiciones ideales de almacenamiento y procesamiento para que el polvo fluya de forma óptima, al tiempo que se evita su aglomeración. Consulte cómo la reología del polvo ayuda a reducir los agregados y a conseguir revestimientos homogéneos de los electrodos en el estudio de la página once del libro electrónico Essential Battery Slurry Characterization Techniques.

Los investigadores también utilizan la reología para desarrollar mejores condiciones de procesamiento para sus lodos de electrodos. Hawley y Li, de Oak Ridge National Laboratory y la Universidad de Tennessee, respectivamente, publicaron sus hallazgos sobre la mezcla de lodos y las temperaturas de revestimiento utilizando un reómetro híbrido Discovery de TA Instruments para investigar las propiedades de sus lodos y optimizar las condiciones de procesamiento. Descubrieron que el aumento de la temperatura de procesamiento ofrece un revestimiento más rápido y sin defectos, al tiempo que reduce los residuos del procesamiento y mejora la resistencia a la sedimentación.

Con tecnología de vanguardia e intuitiva, obtener mediciones y análisis confiables de reología de lodos es más fácil que nunca. El reómetro híbrido Discovery de TA Instruments establece el estándar de la industria en cuanto a desempeño, facilidad de uso y versatilidad de los ensayos reológicos.

Obtenga más información sobre la aplicación de la reología de lodos y vea ejemplos de experimentos reales en el libro electrónico completo Slurry Rheology. Este recurso gratuito recopila estudios que demuestran cómo optimizar las formulaciones de los lodos y las condiciones de procesamiento para mejorar el desempeño de las baterías.

Si desea una visión personalizada de cómo la reología de lodos puede hacer avanzar el desarrollo de su batería, póngase en contacto con los expertos de TA Instruments.

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