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워터스코리아, TA Instruments, 배터리 재료의 최신 분석 방법의 기준을 제시
2023-09-01 조회수 : 193

                                                        <Nesw 사진1>

 

모든 재료의 거동을 이해하는 열물성/유변학 분석

 

열 분석은 온도 변화가 재료의 특성에 미치는 영향에 관해 연구하는 재료 과학의 한 분야입니다. 열분석 기술은 폴리머, 합성물, 제약 회사, 식품, 에너지, 석유, 무기 및 유기 화학물을 비롯한 광범위한 산업에서 중요합니다. 다양한 온도에서 재료의 거동을 이해하는 것은 최종 제품의 성공적인 설계, 처리 및 최종 사용에 있어서 굉장히 중요합니다.

열분석 장비는 일반적으로 열흐름, 중량 손실, 치수 변화 또는 물성을 온도의 함수로 측정합니다. 가장 널리 사용되는 열 분석기는 시차 주사 열량계, 열중량 분석기, 동시측정 열분석기, 고압 시차 주사 열량계, 고압 열중량 분석기, 증기 흡착 분석기, 동적 기계 분석기 및 열 기계 분석기를 들 수 있습니다. 분석되는 특성에는 용융, 결정화, 유리 전이, 가교 결합, 산화, 분해, 휘발, 흡습성, 열팽창 계수 및 탄성률이 포함됩니다. 사용자는 이러한 실험을 통해 구조-속성 관계, 최종 사용 성능, 구성, 처리, 안정성 및 분자 구조, 유동성 등을 검사할 수 있습니다.

 

모든 TA Instruments | Waters 의 열분석/유변학 장비는 정확한 표준에 따라 제조되며 최신 기술과 공정을 통해 가장 정확하고 안정적이며 재현 가능한 데이터를 제공합니다. 고감도 연구개발 및 높은 처리 품질 보증에 적합한 구성을 포함하여 테스트 요건에 따라 다양한 모델을 사용할 수 있습니다. 지원되는 자동화 기능을 사용하면 모든 테스트 환경에서 최고 수준의 무인 실험실 생산성을 확보할 수 있습니다. 50년 이상 열분석기 분야의 세계 최고 업체로 자리매김하고 있는 TA Instruments는 열분석, 유변학 측정에 전문 지식을 적용하고 세계적인 명성의 전문 글로벌 지원 네트워크를 제공합니다.

 

 

유변물성은 재료의 흐름 및 변형을 연구하는 학문입니다. 변형 및 흐름은 각각 변형 또는 변형률이라고도 하며 외력 또는 변형력(응력)의 영향 하에 물체가 움직이는 거리를 나타냅니다. 이러한 이유 때문에, 유변물성은 재료의 응력과 변형 사이의 관계에 대한 학문으로 간주되기도 합니다.

레오미터는 측정부에 해당 재료를 탑재하고 주변 온도를 조절한 후, 광범위한 응력, 변형 및 변형률을 적용하여 측정하는 정밀 기기입니다.

TA Instruments | Waters 의 Discovery 하이브리드 레오미터는 유변물성 측정을 위한 세계 최고의 다기능성 플랫폼을 제공합니다. ARES-G2는 연구 및 재료 개발을 위한 최첨단 회전식 레오미터이며, 두 플랫폼 모두 신속한 교환 및 자동 구성을 위해 SmartSwap™ 기술을 사용하여 구동되는 완벽한 제품군의 환경 시스템 및 측정 액세서리를 갖추고 있습니다.

 

 

 

배터리 만들기: 올바른 재료를 선택하는 방법

배터리의 주요 성능 특성을 최적화하기 위해 배터리의 각 부품에 가장 적합한 재료를 선택할 때 핵심이 되는 사항은 고급 분석 특성화에 따라 다르다. 재료 선택에서 가장 중요한 매개 변수 중 하나는 열 내성인데, 이는 작동하는 배터리를 구성하는 재료가 -20°C~60°C의 온도 범위 내에서 작동해야 하기 때문이다. 열 분석으로 알려진 분석 기술은 배터리 재료의 열 내성과 안정성을 테스트하는 데 이상적이다. 열 분석을 통해 분해 온도, 화학 조성, 산화도, 용제 조성, 용융 온도, 유리 전이, 열 안정성과 같은 열 매개 변수를 얻을 수 있다.

 

                                                     <Nesw 사진2>

 

열 분석을 기계적 테스트와 결합하면 폴리머의 길이와 모양(예: 폴리머 분리막)의 치수 안정성을 이해할 수 있다. 이러한 열과 크기에 대한 통찰력은 분리막 파손 방지와 배터리 안전 보장에 도움이 될 수 있다.
마지막으로, 제조 과정에서 재료를 함께 조립하는 단계에서는 종종 고체 입자, 바인더, 용제가 섞인 슬러리를 사용해야 한다. 이 단계에서는 유변학을 통해 저장, 혼합, 코팅, 건조를 포함한 각 제조 단계에서 배터리 슬러리에 대한 중대한 통찰력을 얻을 수 있다. 유변학적 프로필 측정은 균일하고 결함이 없는 코팅을 보장하여 배치 간 반복성이 높고 스크랩 비율이 낮은 일관된 고품질의 전극을 생산하는 데 도움이 될 수 있다.
목표가 더 작은 설치 공간 내에서 더 높은 성능을 발휘하는 배터리를 만드는 것이든, 더욱 지속 가능한 재료를 사용하여 완전히 새로운 배터리를 개발하는 것이든, 주 배터리 구성 요소에 쓰이는 재료의 열, 유변학, 열량 측정 및 기계적 특성을 아는 것이 성공의 관건이다. Waters-TA Instruments는 선도적인 배터리 연구원들에게 더 높은 성능을 발휘하고 더 안전한 배터리 기술을 개발하는 데 필요한 고급 분석 특성화 도구를 제공한다. 오늘 바로 당사로 문의해 성공을 위한 개인 워크플로 설계를 시작할 수 있다.

 

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응용자료 (애플리케이션 노트)

- 배터리 사이클러 미세열량계를 이용한 리튬 이온 배터리의 기생 전력 측정

- 다양한 흑연 입자 크기 및 모양에 따른배터리 슬러리의 유변학적 평가

- 흑연의 분말 유변학: 배터리 애노드 슬러리용 천연 및 합성 흑연의 특성 규명

- 시차 주사 열량 측정법을 이용한 리튬 이온 배터리 캐소드 및 애노드 소재의 안전성 평가

- 리튬 이온 배터리용 분말 흑연의 열중량 분석

- Thermal Analysis of Battery Separator Film

- 재료 개발, 공정 및 성능을 위한 폴리머 유동성 및 기계적 특성 분석

- 그 외 다양한 사례