Análisis cómodo del tamaño de las partículas de grafito mediante difracción láser
2024-02-29Application Note
El grafito se utiliza habitualmente en la fabricación de material para ánodos. Sin embargo, la medición de partículas de grafito a menudo encuentra problemas en la etapa de dispersión debido a su pequeño tamaño de partícula. En esta nota, se utiliza el Bettersizer ST y la muestra se prepara utilizando detergente para vajilla. El sencillo procedimiento de medición proporciona una aproximación al análisis granulométrico de las partículas de grafito.
| Producto | Bettersizer ST |
| Industria | Batería y energía |
| Muestra | Grafito |
| Tipo de medición | Tamaño de partículas |
| Tecnología de medición | Difracción láser |
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- El grafito ha abierto un nuevo camino
- Bettersizer ST como socio práctico y potente
- Procedimiento sin complicaciones
- Conclusión
- Referencia
El grafeno ha abierto un nuevo camino
En las últimas décadas, el grafito, una forma cristalina especial de carbono utilizada habitualmente en la fabricación de ánodos, ha desempeñado un papel cada vez más importante en el mercado en auge de las baterías. Tradicionalmente, el grafito se utiliza para lubricantes, revestimientos de frenos o fabricación de acero. Cada vez es más importante su aplicación en las baterías de los vehículos eléctricos. La estructura en capas del grafito permite un transporte suave del flujo de iones de litio. Por lo tanto, el ciclo de vida es largo. Además, el grafito es fácil de conseguir, lo que se traduce en un bajo coste de propiedad. En contraste con la caída del mercado automovilístico general, las ventas mundiales de VE han crecido más de un 30% en 2023.[1] Junto con el crecimiento de dos dígitos de las ventas de vehículos eléctricos, la demanda de grafeno está en auge. Se prevé que la demanda se mantenga debido a los principios medioambientales y al elevado precio de la gasolina. Para la fabricación de grafito esférico, se aplicarán procesos de molienda y clasificación del grafito natural en escamas. Una distribución adecuada del tamaño de las partículas de grafito garantiza el rendimiento de las baterías en términos de retención de capacidad, densidad de potencia o conductividad.[2]
Bettersizer ST como socio práctico y potente
Como paso esencial en el control de calidad, la medición granulométrica del grafito molido se llevará a cabo con un analizador granulométrico.
Equipado con un sistema óptico patentado de doble lente (DLOS), el Bettersizer ST es competente para la medición de grafito, con un rango de 0,1 a 1000μm. Combinado con su medición inteligente de muestras bajo SOP, su diseño de estructura robusta y duradera, y su pequeño tamaño, el Bettersizer ST proporciona resultados fiables y precisos después de las legendarias mediciones simples y precisas que ahorran su valioso lugar de trabajo y tiempo de medición hacia un punto de apoyo en la intensa competencia de producción de grafito.
Procedimiento sin complicaciones
Un número considerable de clientes aplica el Bettersizer ST para analizar el grafito, ya se mida como materia prima o como producto. La elevada superficie específica del grafito provoca la aglomeración de partículas. De ahí que se produzca un resultado de medición incorrecto. Sin embargo, un análisis de grafito con el Bettersizer ST es fácilmente accesible. La aplicación de un tensioactivo a base de sulfonato de alquilbenceno permite una dispersión completa de las partículas finas de grafito en agua, lo que facilita el procedimiento de medición. El sulfonato de alquilbenceno es fácil de conseguir y puede obtenerse a partir de jabón o detergente. La medición de grafito con el Bettersizer ST utilizando tensioactivos preparados facilita enormemente el trabajo.
Figura 1. Preparación del tensioactivo y estado de dispersión.
La cantidad de tensioactivo aplicado a la muestra puede influir en gran medida en el efecto de dispersión del grafito. La relación de volumen entre el sulfonato de alquilbenceno y el agua es de 1 a 100. En este estudio, se tomaron muestras de unos 50 mg de grafito y se añadieron a la muestra de grafito diferentes cantidades del tensioactivo preparado. Se llevaron a cabo las mediciones (velocidad de rotación: 1200rpm; duración del tratamiento ultrasónico: 30s), y se compararon los resultados, que se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Comparación de los resultados de las mediciones Comparación de los resultados de las mediciones tras la adición de diferentes cantidades de tensioactivo.
| Cantidad de tensioactivo (mL) | D10 (μm) | D50 (μm) | D90 (μm) |
| 2.5 | 7.372 | 16.64 | 30.54 |
| 5 | 7.351 | 16.78 | 30.68 |
El esquema anterior muestra la preparación del tensioactivo con dodecilbencenosulfonato sódico (SDBS) a partir de detergente para vajillas y el efecto de dispersión del grafito tras la adición de diferentes cantidades de tensioactivo. El grafito no se puede humedecer completamente cuando sólo se añade 1,5mL de tensioactivo, mientras que el efecto de dispersión es bueno en presencia de 2,5mL o 5mL de tensioactivo. Además, los resultados de las mediciones son muy parecidos. En la Fig. 1 se muestra el estado de dispersión desde una vista aérea. Los resultados de la medición tras añadir 2,5mL de tensioactivo prevalecerán porque una adición excesiva de tensioactivo puede provocar la formación de espuma durante la dispersión de la muestra.
Otro factor vital que afecta a la dispersión es la duración del tratamiento ultrasónico. La potencia del dispositivo ultrasónico incorporado del Bettersizer ST es ajustable hacia la condición óptima para la dispersión del grafito. El grafito comercial se midió con el Bettersizer ST tras el tratamiento del tensioactivo según el procedimiento de preparación mencionado anteriormente. La potencia se ajustó a 50 vatios y la muestra se midió cada 30 segundos. Los resultados de la medición se enumeran en la Tabla 2, junto con las tendencias de algunos valores típicos en la Fig.2. Los resultados de las mediciones se mantuvieron estables después de 60 segundos. Por lo tanto, la eficacia de dispersión del Bettersizer ST con su dispositivo ultrasónico es muy alta. Desde otro punto de vista, el rápido tiempo de estabilización muestra una dispersión eficaz apoyada por el tensioactivo. El ultrasonicador incorporado proporciona una ayuda adicional en caso de aglomeración de partículas.
Tabla 2. Valores típicos con diferentes duraciones de ultrasonidos Valores típicos con distinta duración del tratamiento ultrasónico.
| Duración del tratamiento (s) | D10 (μm) | D50 (μm) | D90 (μm) |
| 30 | 7.384 | 16.65 | 30.03 |
| 60 | 7.401 | 16.72 | 30.60 |
| 120 | 7.392 | 16.70 | 30.44 |
| 150 | 7.375 | 16.67 | 30.39 |
| 180 | 7.364 | 16.65 | 30.40 |
Figura 2. Curvas de tendencia de los valores típicos Curvas de tendencia de los valores típicos con distinta duración del tratamiento ultrasónico.
Conclusión
El crecimiento explosivo de la industria de las baterías conlleva una gran demanda de grafito. Para obtener resultados de medición fiables y precisos de forma cómoda, se necesita un aparato excelente - por eso nació el Bettersizer ST. Además, las condiciones de medición del grafito también son importantes. Con la ayuda del Bettersizer ST, se pueden encontrar fácilmente las condiciones óptimas gracias a su fácil configuración mediante el software y al funcionamiento estable del instrumento.
Referencia
1] Las ventas mundiales de coches eléctricos aumentaron un 31% en 2023 - Rho Motion. (sin fecha). https://www.reuters.com/business/autostransportation/global-electric-car-sales-rose-31-2023-rhomotion-2024-01-11
[2] Maciej R., Bartosz H., Michal K., Maciej B., Dominika Z., Andrzej C. (2018). Impacto de la energía de molienda de grafito natural y sintético en la capacidad del electrodo de iones de litio y la vida útil del ciclo. Carbon, 145, 82-89. https://doi.org/10.1016/ j.carbon.2019.01.019
Acerca del autor
 | Paddy Zhou Ingeniero de aplicaciones @ Bettersize Instruments |
| Descubra los secretos de las baterías de iones de litio de alto rendimiento con la colección de SIETE notas de aplicación sobre baterías. (pdf) |  |
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