Site Loader
Posted on 14.04.1975

Содержание

Как пользоваться клещи токоизмерительные. Клещи электроизмерительные цифровые КТ-1000А. Клещи цифровые электроизмерительные


Токоизмерительные клещи как пользоваться. Как пользоваться токовыми клещами

Клещи токоизмерительные представляют собой прибор, основным назначением которого является измерение электрического ток без разрыва электрической цепи и нарушения ее функционирования.

Дополнительно этот прибор способен измерять также напряжение, частоту, температуру (в некоторых моделях).

В соответствии с измеряемыми величинами делятся на амперметры, вольтметры, ваттметры, фазометры, ампервольтметры.

К самым распространенным относятся клещевые амперметры для измерения переменного тока, получившие название токоизмерительных клещей. С их помощью можно быстро измерить ток в проводнике, не разрывая и не отключая электрическую цепь. Электроизмерительные клещи могут применяться в электроустановках до 10000В.

О назначении многих электрических приборов и инструментов известно любому обывателю – все знают, зачем нужен паяльник или электрическая дрель. Но далеко не у каждого, даже не на каждом предприятии найдутся токоизмерительные клещи.

Несмотря на это, токовые клещи предназначены для широкого использования, просто очень многие не знают о существовании такого прибора и не умеют ним пользоваться.

Где применяются электроизмерительные клещи?

Клещи токоизмерительные могут стать незаменимым помощником как для бытовых потребителей, так и на предприятиях различных масштабов. С их помощью возможно:

  • — определять фактическую нагрузку в сети. Чтобы определить нагрузку однофазной сети, осуществляется замер на вводном кабеле, полученное значение тока в амперах умножается на напряжение в сети и косинус угла между фазами (cos φ). Если отсутствует реактивная нагрузка (мощные индуктивные элементы, дроссели, двигатели), то последнее значение принимается равным единице (cos φ = 1).
  • — для измерения мощности различных приборов. В случае возникновения необходимости измеряется сила тока участка цепи с подключенным потребителем. Мощность определяется по вышеописанной формуле.
  • — для проверки функционирования приборов учета потребления электроэнергии, например, сверки показаний счетчиков с фактическим потреблением.

Конструкция и обозначения

В состав электроизмерительных клещей любой модификации входят следующие основные части: клещи-магнитопровод, переключатель диапазонов и функций, дисплей, выходные разъемы, кнопка фиксации измерений. В данной статье рассматриваются токовые клещи марки mastech M266 .

Переключатель может быть установлен в одно из положений режимов измерений:

  1. — DCV – постоянное напряжение;
  2. — ACV – переменное напряжение;
  3. — DCA – постоянный ток;
  4. — ACA – переменный ток;
  5. — Ω — сопротивление;
  6. — значок диода – проверка диодов;
  7. — значок сигнала – прозвонка с зуммером.

Три входных разъема прибора имеют защиту от перегрузки. При подключении прибора черный провод щупов подсоединяется к разъему «COM», а красный – к разъему «VΩ». Третий разъем, обозначенный как «EXT», применяется для подключения измерителя изоляции.

Порядок измерения тока

Переключатель пределов устанавливается в положение, соответствующее необходимому диапазону измерения переменного тока. Токовые клещи подключаются к измеряемому проводнику.

Если на дисплее наблюдается только значение «1», то необходимо переключатель пределов установить на более высокое значение, так как возникла перегрузка.

Порядок измерения напряжения

Красный провод щупа подсоединить к разъему «VΩ», черный – к «COM». Переключатель пределов установить в положение, соответствующее измеряемому диапазону.

Щупы подсоединить к измеряемой нагрузке или источнику напряжения. На экране прибора будет наблюдаться измеряемое напряжение, а также его полярность. Если на экране наблюдается только значение «1», то переключатель пределов необходимо переключить на более высокое значение, так как возникла перегрузка.

Порядок измерения сопротивления

Щупы прибора так же, как и при измерении напряжения. Переключатель диапазонов установить на диапазон «Ω». Если прибор используется для прозвонки, то переключатель нужно установить в соответствующее положение. Если сопротивление измеряемого участка схемы меньше 50 Ом, то будет звучать сигнал зуммера.

Электроизмерительные клещи – принципы работы

В работу простейших токоизмерительных клещей переменного тока положен принцип одновиткового трансформатора тока.

Его первичная обмотка представляет не что иное, как провод или шину, в которой измеряется ток. Вторичная обмотка, имеющая больше количество витков, намотана на разъемный магнитопровод и находится в самих клещах. К вторичной обмотке подключен амперметр.

Измерив ток, который протекает во вторичной обмотке с учетом известного коэффициента трансформации измерительного трансформатора, можно получить величину тока, измеряемую в проводнике.

not-parasite.ru

8 вспомогательных режимов для работы

Статьи

Цикл статей «Цифровые мультиметры и электроизмерительные клещи фирмы APPA»
 

А.А. Дедюхин, ЗАО «ПриСТ»

Вступление

Фирма «АРРА» ведущий мировой производитель цифровых мультиметров и электроизмерительных клещей. Эта компания существует с 1989 года, но, не смотря на кажущуюся молодость, занимает второе место в мире по объему выпускаемой продукции, уступая только компании «Fluke». Компания АРРА обеспечивает 10% мировых продаж мультиметров и токовых клещей. Не секрет, что многие известные мировые производители измерительной техники, для обеспечения более полного ассортимента своей продукции, прибегают к помощи других производителей выпускающих продукцию под их марками. Так АРРА выпускает измерительные приборы для таких компаний, как «Tektronix», «GOOD WILL», «AVO», «METRIX» под их торговыми марками. В настоящий момент компания АРРА является активным участником программы «Это очень хорошо — произведено в Тайване», проводимой под эгидой правительства Тайваня. Цель этой акции — доказать, что продукция производства Тайваня может конкурировать на мировом рынке и мнение о не высоком качестве электронной продукции Тайваня, не соответствует действительности.

В нашей стране компания АРРА известна уже более 2 лет, под своей «родной» торговой маркой и успела завоевать уважение потребителей, благодаря, прежде всего, высоким метрологическим параметрам, высокой надежности и удачным инженерным разработкам выпускаемой ими продукции. В настоящее время компания выпускает более 35 моделей различных мультиметров и более 20 моделей электроизмерительных клещей.

Тщательный отбор элементной базы, применение новых СБИС, прецизионных сопротивлений позволило значительно снизить погрешности измерения и приблизить их по точностным характеристикам к лабораторным приборам. Применение надежного пластика для корпуса и переключателей, применение медно-бериллиевого сплава в подвижных контактах и золота для контактов на плате прибора, ударопрочных ЖКИ индикаторов, позволило значительно повысить механическую надежность продукции компании АРРА. Мультиметры выдерживают падение на бетонный пол с высоты до 3м, могут работать в условиях повышенной влажности (вплоть до погружения в воду), не боятся случайного воздействия высоких температур (например паяльника).

Для возможности использования своей продукции в сфере действия метрологического контроля и надзора копания АРРА трижды подавала заявки в Госстандарт РФ для проведения испытания с целью утверждения типа выпускаемой ими продукции. Испытания были проведены ВНИИФ ТРИ и Нижегородским ЦСМ. В настоящий момент большая часть средств измерения компании АРРА имеют сертификаты об утверждении типа и допущены к применению в РФ.

Компания АРРА выпускает и

prist.ru

35405-13: КТ-1000А Клещи электроизмерительные цифровые

Назначение

Клещи электроизмерительные цифровые КТ-1000А (далее клещи) предназначены для кратковременных измерений силы тока до 1000 А и напряжения до 1000 В в сетях постоянного и переменного (частотой 50 Гц) тока, распределительных устройствах воздушных линиях электропередачи без разрыва токовой цепи.

Клещи могут быть использованы во всех отраслях промышленности, энергетики, сельского хозяйства и быту.

Описание

Принцип работы клещей основан на определении величины напряженности электромагнитного поля, создаваемого вокруг проводника посредством совокупности специализированных температурно-компенсированных датчиков, распределенных вокруг токоведущего проводника по осям вилки клещей, что позволяет определять величины силы тока независимо от оси и угла расположения проводника в пространстве вилки клещей.

Индикация измеряемой величины и режима работы (переменное, постоянное, ток или напряжение) осуществляется посредством цифрового табло. В комплекте с изолирующей многофункциональной четырехзвенной сборной штангой длиной 6,6 м позволяют определять величину тока на линиях электропередач от 0,4 до 10 кВ без подъема на опору ВЛ, непосредственно с поверхности земли.

Таблица 1 — Основные метрологические и технические характеристики приборов.

Наименование характеристики

Значение

Диапазон измерения силы переменного тока, А

от 0 до 1000

Диапазон измерения силы постоянного тока, А

от 20 до 1000

Пределы допускаемой основной приведенной погрешности при Измерении силы переменного и постоянного тока, %

1,5

Диапазон измерения напряжения переменного тока, В

от 0 до 1000

Диапазон измерения напряжения постоянного тока, В

от 10 до 1000

Пределы допускаемой относительной погрешности при измерении напряжения переменного и постоянного тока, %

1

Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150

У1

Питание (от двух последовательно соединенных литиевых элементов типа «GR 123 А»), В

2×3

Ток потребления клещей, мА

30

Масса*, кг, не более

0,4

Габаритные размеры*, мм, не более

430x55x60

* — комплект для линий электропередач 0,4 кВ. Знак утверждения типа

Знак утверждения типа наносится методом трафаретной печати на корпус СИ и типографским способом на титульный лист паспорта.

Комплектность

Таблица 3 — Комплектность

№ п/п

Наименование изделия

Кол-во

1

Клещи КТ-1000А

1

2

Электрод с соединительным проводом и штекером

1

3

4-х звенная сборная штанга Ш0-10-4-6.6, L= 6,6 м*

1

4

Чехол

1

5

Паспорт (Инструкция в составе паспорта)

1

* — поставляется отдельно по заказу потребителя

Поверка

осуществляется по документу 37511563.k от 0,001 до 1000 В

до 100В ± (40U + 500) мкВ; до 1000В ± (0,04U + 5) мВ

Наименование средства поверки

Диапазон измерений

Погрешность

Прибор для поверки вольтметров В1-9 с блоком Я1В-22

ивых от 0,001 до 1000 В

от 0,02 до 0,1 %

Установка поверочная У 300

1пост от 0 до 30 А;

1перем от 0 до 10 А

Кл. т

xn--90adflmiialse2m.xn--p1ai

токовые электроизмерительные, для чего предназначены измерительные, мультиметр

Токоизмерительные клещи продаются в специализированных магазинах по доступной ценеГлавной проблемой при измерении силы тока при помощи стандартного амперметра является то, что его нужно подключать с условием разрыва в электрической цепи. Исходя из данной ситуации, становится очевидным, что «горячий» способ снятия показаний невозможен без отключения нагрузок. В данном случае на помощь могут прийти токоизмерительные клещи, однако тем, кто впервые сталкивается с этим прибором, вряд ли знают, как им пользоваться. Стоит рассмотреть все тонкости более подробно.

Клещи электроизмерительные: обозначения и порядок измерений

В любую модификацию токоизмерительных клещей входят одни и те же составляющие части.

А именно:

  • Переключатель диапазона и функций;
  • Дисплей;
  • Специальные разъемы для выхода;
  • Кнопка фиксирования данных;
  • Клещи с магнитопроводом.

Рассматривая любые клещи, например марки как clamp, дитце и meter: м266, ц4501, 266ft, dt266f, ц91, 266c, можно убедиться в их идентичности. Все указанные переключатели могут быть установлены в различные положения.

Токоизмерительные клещи включают в себя следующие режимы измерения:

  • Напряжение постоянное;
  • Переменное;
  • Постоянный ток;
  • Переменный;
  • Проверку диодов;
  • Прозвонку зуммером;
  • Сопротивление.

Все три выхода клещей защищены от перегрузок и каждый из них рассчитан на определенный вид измерений.

Клещи электроизмерительные могут немного отличаться по внешнему виду, однако принцип работы у них одинаковый

В основном использование такого прибора не вызывает затруднений даже у новичка, однако не забывайте ознакомиться предварительно с техникой безопасности.

Электроизмерительные нагрузочные клещи предназначены для замера постоянного и переменного тока, они способны выдержать нагрузку любой силы до 1000в. Не редко можно встретить и самодельные токосъемные приборы. Принцип, по которому они работают, идентичен, собрать его не так сложно, если есть подробная схема и инструкция по применению каждой детали, однако для электрика, которому часто нужно проверить сеть лучше иметь покупной мультиметр или клампметр, чтобы от работы не отвлекал частый ремонт. Выбор остается за мастером, как выглядят самодельные клещи можно увидеть на фото

Правильное использование клещей заключается в следующем:

  • Установите необходимый режим на переключателе;
  • Нажмите кнопку для того чтобы раскрыть магнитопровод;
  • Обхватите проводник в сети с постоянным или переменным током;
  • Разместите клещи перпендикулярно относительно провода;
  • Снимите показания с дисплея.

Наглядно, как проводится работа по измерению своими руками, и как пользоваться прибором правильно вы сможете увидеть на видео.

Токовые клещи: принцип работы

Если взять за пример простейшие токоизмерительные клещи, то можно понять, что в основу их работы положено действие одновиткового трансформатора.

Первичная обмотка представлена ничем иным как проводом или шиной, в которой проходит ток. Что касается вторичной обмотки, то она имеет большее количество витков расположенных на магнитопроводе и размещается в измерительных клещах. К вторичной обмотке подключается амперметр.

Следует отметить тот факт, что с помощью такого прибора как токоизмерительные клещи получать нужные данные по нагрузке не сложно, а сам процесс достаточно удобен.

Все действия заключаются в следующем:

  • При помощи специальной рукоятки нужно выставить измеряемую величину;
  • После этого клещи открываются, и в них вставляется проводник;
  • Далее рукоятку опускают и клещи закрываются.

Перед тем как использовать токовые клещи, следует изучить инструкцию и ознакомиться с рекомендациями профессионалов

Все дальнейшие действия выполняются таким же образом как со стандартным тестером. Что касается подсоединения, то оно может проводиться как с изолированным проводом, так и с неизолированным. Самым главным условием является то, что клещи должны подключаться только к одной шине. Все показания по измерению тока в цепи вы сможете увидеть на индикаторе прибора.

Для того чтобы работа в труднодоступных местах была более комфортной, современные токовые приборы оснащены специальной кнопкой, нажатие которой позволяет фиксировать результат.

Благодаря такой кнопке после охвата проводника и размыкания магнитокопровода вы сможете зафиксировать и сохранить нужные показания прибора.

Электрические клещи современного типа чаще всего изготовляются по схеме, которая сочетает в себе трансформатор тока и прибор выпрямительного типа. Это позволяет подсоединять прибор к вторичной обмотке через шунты, а не прямым методом.

Какими преимуществами обладают электроизмерительные клещи

О том, какими преимуществами обладает такой прибор, знает каждый мастер, и если о них спросить, то перечислять можно очень долго.

Среди основных преимуществ такой конструкции можно выделить:

  • Есть возможность избежать влияния прибора на конечный показатель измерения;
  • Можно измерить ток любой величины, так как исключается магнитное насыщение;
  • Упрощена калибровка, можно легко аппроксимировать весь диапазон, а зависимость остается линейной;
  • Аппарат способен найти свое применение даже в цифровой технике и сможет провести оценку величин такого переходного процесса, где обычно не справляются обычные измерительные приборы.
  • Способен контролировать ток прецизионных паяльных станций и сварочного аппарата;
  • Может измерять ток плазмы в лабораторных условиях;
  • Измеряет показатели дуги в печах плавления;
  • Оценит пусковые токи рельсотрона;
  • Способен смоделировать режим короткого замыкания;
  • Может быть использован на железных дорогах для оценки сигналов;
  • Идеальный вариант для рассмотрения закона Ампера в рамках школьной программы;
  • Способен оценить ток, который был наведен с помощью магнитного поля на определенные части трансформатора.

И это далеко не полный список преимуществ данного аппарата, поэтому можно смело утверждать о том, что токоизмерительные клещи – это прибор, который необходим любому мастеру.

Измерительные клещи в современной электрической технике

Современные измерительные клещи и их модификации, как правило, совмещают в себе функцию обычного тестера. Этот вариант довольно выгодный для того чтобы получать показания высокого тока без прикасания к сетям. Однако следует учесть, что они могут обладать большой погрешностью. Сразу следует отметить тот факт, что для того чтобы расширить функционал стандартный прибор оснащается тремя входами.

Работать с измерительными клещами нужно сухими руками

А именно:

  • Общим, который обозначат землю и минус – Common;
  • Вход для того чтобы измерять напряжение и сопротивление – V;
  • И вход для подключения внешних источников для того чтобы измерять сопротивление изоляций в электрических цепях – Ext.

Кроме этих дополнений есть модели, которые способны дат оценку температуре. Это делается при помощи специального щупа с сенсорным датчиком. Так же с помощью такого аппарата можно с легкостью прозвонить диод, но в данном случае, когда вы будете выбирать клещи, обратите внимание не соотношении качества и цены. Не забудьте осмотреть прибор на погрешности, большинство из них в случае замыкания показывают ненулевые отметки, что неудобно в работе. Ну а источник питания – это стандартная крона, как и во многих тестерах. В данном плане клещи для измерения тока не обладают недостатками.

Как пользоваться токоизмерительными клещами (видео)

Исходя из статьи описанной выше, можно понять, что токоизмерительные клещи, способны выполнять большой объем работы и существенно облегчить работу любому мастеру. При выборе аппарата старайтесь уделять внимание всем аспектам, которые смогут отвечать вашим требованиям. Кроме того, ознакомьтесь со всеми возможностями техники, которые мы описали выше и тогда сможете приобрести те клещи, которые смогут выполнить все предстоящие задания.

Добавить комментарий

6watt.ru

Клещи токоизмерительные — для чего предназначены электроклещи и как ими пользоваться

Токоизмерительные клещи – это прибор, основной функцией которого является измерение электрического тока без разрыва в измеряемой цепи. По величине напряжения цепей, в которых выполняются измерения, токоизмерительные клещи делятся на приборы до 1000В и выше 1000В.

Токоизмерительные клещи могут быть одноручными (обычного типа для измерений в сетях до 1000В) и двуручные (высоковольтные, для сетей напряжением до 10кВ). Высоковольтные клещи должны периодически проходить высоковольтные испытания.

На практике чаще всего встречаются токоизмерительные клещи для измерения переменного тока в сетях 220В/380В, но в последнее время пользуются клещами и для измерения постоянного тока, а также комбинированными клещами.

Токоизмерительные клещи бывают аналоговые (стрелочные) и цифровые (с жидкокристаллическим дисплеем).

Аналоговые токоизмерительные клещи

Несмотря на большую популярность цифровых клещей (да и других цифровых приборов) находится место и для использования стрелочных приборов. Для электрических измерений стрелочным клещам не нужен дополнительный источник питания в виде батареек.

Для измерений пусковых токов удобнее пользоваться стрелочным прибором, т.к. он мгновенно реагирует на резкое изменение величины электрического тока. А вот в плане удобства отображения измеряемой величины стрелочные клещи значительно уступают цифровым, т.к. измеряемое значение приходится определять по дуговой шкале.

Цифровые электроклещи

Цифровые клещи очень удобны в пользовании, т.к. результаты измерений отображаются на дисплее в виде обычных чисел. В отличие от стрелочных клещей для работы цифровых необходим дополнительный источник питания. Одним из недостатков использования цифровых клещей является неточность измерений при разряженной батарейке, а также при различных электромагнитных помехах.

Как пользоваться токоизмерительными клещами

Чтобы правильно пользоваться токоизмерительными клещами, необходимо знать их внешнюю конструкцию и функциональные элементы. В качестве примера подойдёт прибор M266F. Он состоит из нескольких элементов:

  • магнитопровод (сердечник) с разрывом и кнопкой для разрыва;
  • многопозиционный переключатель измеряемых величин;
  • жидкокристаллический дисплей;
  • гнёзда для подключения измерительных щупов;
  • кнопка фиксации измерений.

Современные цифровые токоизмерительные клещи кроме измерения электрического тока позволяют измерять и другие электрические величины. Например, это постоянное напряжение, переменное напряжение, активное сопротивление. Также у цифровых токоизмерительных клещей может быть функция прозвонки зуммером, проверки диодов.

Для того чтобы измерить нагрузку в цепи, достаточно разомкнуть магнитопровод клещей, обхватить провод или жилу электрического кабеля и снова замкнуть магнитопровод. Переключатель измеряемых величин должен быть установлен в режиме «V~» на пределе 200А или 1000А. Затем необходимо зафиксировать полученный результат измерений. Фиксацию можно произвести либо визуально, либо при помощи специальной кнопки фиксации.

Замер других величин (напряжение, сопротивление и т.д.) производится так же, как и обычным мультиметром. Достаточно подсоединить щупы к нужным гнёздам, установить переключатель в соответствующий режим и произвести измерение.

Несмотря на то, что цифровые клещи достаточно точны, не всегда удаётся получить высокую точность показаний при измерении токов малого значения. Для того чтобы точно определить небольшое значение тока, достаточно обмотать (сделать несколько витков) измеряемый провод вокруг магнитопровода клещей несколько раз и измеренное значение разделить на количество витков.

При снятии показаний, если высветится единица «1», то значит фактическое значение тока в цепи больше, чем установленный предел. В этом случае необходимо установить переключатель на больший предел измерения.

В процессе использования токоизмерительных клещей необходимо соблюдать технику безопасности.

Существует два способа измерения электрического тока в электрической сети (цепи). Первый способ – это прямое непосредственное измерение. Второй способ – непрямое измерение электрического тока.

Прямой метод измерения

Прямой замер электрического тока выполняется обычным амперметром путём его подключения в разрыв измеряемой цепи. При таком варианте электрический ток, протекающий в цепи, напрямую проходит через амперметр, в результате чего прибор отображает фактическое значение измеренной величины. У прямого метода измерения электрического тока есть свои достоинства и недостатки.

Преимущества прямого измерения:

  • простота измерений;
  • точность измерений (зависит лишь от класса точности амперметра).

Недостатки прямого измерения:

  •  невозможность измерять очень большие значения токов по техническим причинам;
  •  невозможность измерения без разрыва цепи для подключения амперметра;
  •  один амперметр способен измерять значение тока лишь в той цепи, к которой он подключён.

Непрямой метод измерения

Непрямой метод измерения выполняется при использовании трансформаторов тока или при помощи токоизмерительных клещей. В случае с трансформаторами тока также используются амперметры, но они в данном случае измеряют вторичный ток, протекающий во вторичной обмотке трансформатора тока.

Что касается токоизмерительных клещей, то их принцип измерения электрического тока основан на работе трансформатора тока. Т.е. первичной обмоткой является проводник (жила электрического кабеля или провода), а вторичной обмоткой являются сами клещи.

Преимущества непрямого измерения:

  • возможность измерения больших значений электрического тока;
  • возможность измерения без разрыва измеряемой величины;
  • безопасность измерений;
  • мобильность измерений.

Недостатки непрямого измерения:

  • невозможность измерять нагрузку в труднодоступных местах;
  • невысокая точность измерений при очень малых значениях электрического тока.

Обзор популярных токоизмерительных клещей, принцип действия и как выбрать

Токоизмерительные клещи – устройство для профессионального использования мастерами – электриками и они вряд ли понадобятся в быту. Предназначено это устройство для измерения силы тока и напряжения без разрыва цепи. На этапе монтажа схемы электроснабжения, подключения к щитку и к общему кабелю прибор сильно облегчает жизнь монтера.

Принцип действия

Все токоизмерительные клещи работают по принципу простого трансформатора, где сами зубья клещей выполняют роль замкнутого магнитопровода со вторичной катушкой, а проводник – как один виток первичной катушки. Чем больше сила тока в проводнике (первичной катушке), тем бо́льшую силу тока вырабатывает вторичный проводник (клещи), и этот ток попадает на датчик и его значение выводится на экран.

Так работают токовые клещи

Несмотря на отсутствие прямого подключения, сделанные замеры имеют высокую точность, а погрешность токоизмерительных клещей не превышает 0,5%, чего достаточно для выполнения практически всех работ по наладке и пуске электрики для дома, офиса и даже производства.

Функции

Этот многофункциональный прибор выполняет несколько функций:

  1. Измерение фактической нагрузки в сети. Для этого клещами захватывается одна жила и прибор автоматически подсчитывает текущую нагрузку.
  2. Проверка мощности отдельных токоприемников. Если вы не уверены в том, что мощность того или иного прибора соответствует данным в его паспорте или просто не знаете ее, то с помощью клещей реально можно выяснить фактическое потребление электроэнергии.
  3. Проверка точности средств учета электроэнергии. Допустимая погрешность бытового счетчика электроэнергии составляет 2%, а клещей – в 4 раза меньше. Существуют токоизмерительные клещи с точностью 0,1%. Функционал клещей позволяет измерять количество затраченных Ватт за определенное время. Сопоставив эти данные с данными счетчика вы сможете увидеть реальную картину подсчета электроэнергии.

Практически все токоизмерительные клещи снабжены функциями цифрового мультиметра и имеют в своей конструкции места для подсоединения щупов.

Популярные модели

Разница в цене может быть обусловлена как использованием раскрученного бренда, так и материалами, применяемыми для изготовления прибора. Рассмотрим самые востребованные токоизмерительные клещи из представленных на рынке РФ.

Mastech 266

Mastech модель M266

Существует три модификации этих токовых клещей M266, M266C и M266F. Дополнительные буквы С и F в названии моделей говорят о возможности измерения температуры и частоты. По форме, цвету и иным параметрам модели не отличаются.

Страна – производитель – Гонконг. Все токоизмерительные клещи серии М266 измеряют:

  1. Переменный ток — до 1000 Ампер;
  2. Переменное и постоянное напряжение — до 1000 Вольт;
  3. Сопротивление – до 2 Мом;
  4. Проверка диодов

Ко всем моделям поставляются качественные электрощупы с хорошим контактом в приборе. Удобная кнопка «Hold» для фиксирования показаний на экране под большим пальцем. Стоимость моделей:

 

M266 – 30$;

М266С (с термометром) – 31,50$;

М266F (с измерением частоты) – 31,50$.

 

Ресанта DT 266

Клещи Ресанта DT 266

Китайские токоизмерительные клещи низкого качества, имещие  ряд функциональных недостатков:

  • Щупы быстро ломаются в местах соединения кабеля и штекера.
  • Слабая пылезащита прибора приводит к загрязнению изнутри экрана. Если прибор используется в условиях повышенной запыленности – экран со временем становится нечитаемым.
  • Люфт при раскрытии клещей со временем приводит к неточному соединению губок, а это приводит к неточностям в измерениях.
  • Отсутствует подсветка экрана. Невозможно работать в помещении со слабым освещением.
  • Погрешность прибора не соответствует заявленной и составляет около 5%, что недопустимо для такого мультиметра.
  • Скорость реагирования очень низкая по сравнению с аналогами. Замер напряжения длится 2-5 секунд, замер силы тока – 6-8 секунд.
  • Мелкие обозначения на передней панели прибора. Сложно разобрать что именно написано. Краска, с помощью которой нанесены обозначения легко стирается и через полгода работы переключать можно только по памяти или глядя на инструкцию

В целом, прибор предназначен для использования только в условиях высоких напряжений, где нет необходимости в высокой точности измерений:

  1. Напряжение постоянное/переменное – 1000/750 вольт;
  2. Прозвонка соединений;
  3. Сопротивление – до 2Мом

Неоспоримым плюсом этой модели является цена 10,50$, но учитывая, что срок службы такого прибора не превысит одного года активной эксплуатации, а за это время вам придется пару раз покупать к нему дополнительные щупы – удовольствия от его использования вы не получите.

Fluke 376

Клещи Fluke 376 с датчиком iFlex

Один из лучших приборов в данном сегменте. Американское качество разительно отличается от всего остального, представленного на рынке. Высокая точность измерений (от 0,1%), защищенность от пыли и приспособленность к работе в экстремальных условиях делают эти клещи самыми популярными среди профессиональных электромонтажников.

Особенностью прибора является специальный датчик iFlex – который поставляется в стандартной комплектации. С его помощью можно проверить ток в тех кабелях, из за сечения или расположения которых их нельзя схватить клещами. Датчик подключается в разъем снизу.

Использование iFlex для измерений

Прибор снабжается качественными электрощупами, которые подключаются к тому же разъему. Дисплей белый, показания считываются легко, присутствует подсветка и кнопка Hold, «замораживающая» показания в нужный для вас момент. Измерения:

  1. Переменный/постоянный ток – 1000 ампер;
  2. Ток с помощью датчика iFlex – 2500 ампер;
  3. Напряжение (переменное/постоянное) – 1000 вольт;
  4. Частота 5 – 500 герц;

Работают клещи от двух пальчиковых батареек АА. Единственным их недостатком является высокая стоимость 244,30$, что конечно же, несравнимо с китайскими поделками, однако профессинальное качество прибора стоит таких денег.

Видео: как пользоваться токоизмерительными клещами

Ролик будет интересен тем, кто впервые столкнулся с необходимостью пользоваться токоизмерительными клещами и тем, кто не знает, нужен ли ему данный прибор в профессиональной деятельности или быту.

Выбираем инструмент для снятия изоляции с проводов, как не ошибиться. Видео Стоит ли покупать набор электрика НЭУ-М или лучше сначала посчитать? Виды детекторов скрытой проводки, для чего они применяются Виды мультиметров Mastech и сфера применения

85 фото лучших моделей и их применения

Существует множество электроинструментов, которые облегчают работу профессиональным электрикам и просто мастерам. Среди таких приспособлений важное место занимают токоизмерительные клещи. Несмотря на пользу данного инструмента, о его свойствах и преимуществах знают далеко не все.

Краткое содержимое статьи:

Назначение инструмента

Токоизмерительные клещи являются незаменимым в профессиональной и бытовой работе прибором, который позволит измерить электрический ток без необходимости вносить разрыв в электрическую цепь и нарушать ее работу. Инструмент может применяться для измерительных работ на электроустановках не более 10 тыс. В. В таком случае сфера их существенно расширяется, не ограничиваясь исключительно бытовыми нуждами. Хотя иметь в домашнем наборе инструментов такие клещи не повредит.

Измерительные приборы могут быть рассчитаны на следующие параметры напряжения:

  • до 1 тыс. В;
  • свыше 1 тыс. В.

У них различны классы защиты изоляции и требуемые правила безопасности. Существуют также установки с постоянным или переменным током. А поэтому для них предусмотрены разные типы клещей, различающиеся по своей конструкции. В то же время на рынке можно встретить модели, которые дают возможность комбинированного замера.

Именно поэтому измерения токоизмерительными клещами можно производить относительно:

  • как постоянного, так и переменного тока;
  • исключительно переменного тока.

Измерению может быть подвергнут ток независимо от того, протекает он по одному проводнику, или по нескольким. Дополнительно после замеров получают данные о:

  • мощности подключенных к сети электроприборов;
  • корректности выдаваемых электросчетчиком показателей;
  • текущей сетевой нагрузке.

Конструкция и принцип действия

Существует большое количество моделей токоизмерительных приборов от различных производителей. Однако у них всегда должны присутствовать базовые конструктивные элементы, как это представлено на фото токоизмерительных клещей. В них будут обязательно присутствовать магнитопроводы с подвижной скобой рычажного типа, а также переключатель для изменения пределов замеров.

Наличие выходных разъемов под щупы позволит применять инструмент в качестве вольтметра. Также в конструкции будет экран для вывода результатов и кнопка для того, чтобы зафиксировать данные замера.

Сегодня распространены модификации с трансформатором внутреннего типа, имеющим диодный мост. Тогда вторичная обмотка своими выводами будет подключаться посредством шунта. Одноручные модели рассчитаны на предел измерения до 1 кВ, в то время как двуручные обладают дополнительными держателями с изоляцией, поскольку ориентированы на напряжение 1-10 кВ. Вторая разновидность прибора характеризуется размером изолятора более 380 мм, а длиной рукояток – не менее 130 мм.

Прежде чем изучать, как пользоваться токоизмерительными клещами, необходимо понять принцип их работы. Функционирование приборов, производящих замеры переменного тока, опирается на действие трансформатора одновиткового типа, а также внутреннего амперметра.

Трансформатор конструктивно содержит обмотки двух типов:

  • Первичную, выступающую проводом, где и осуществляются требуемые замеры параметров тока.
  • Вторичную, расположенную непосредственно в приборе. Она включает множество витков вокруг магнитопровода. Именно к ней и подключается амперметр.

Проводник с током должен помещаться внутрь магнитопровода. Если при помощи кнопки разжать его подвижные элементы, то в образовавшийся промежуток помещается провод с током. После отжатия кнопки подвижные контакты должны вплотную зажать проводник.

В результате по магнитопроводу начинает течь переменный ток с образованием магнитного потока. Вторичная обмотка получает электрическую индукцию. При помощи встроенного амперметра производится измерение тока, идущего по ней.

Технология пользования

Инструкция для токоизмерительных клещей не отличается большой сложностью. Главное изучить возможные режимы замеров и пользоваться прибором в соответствии с ней. Если необходимо произвести измерения на одиночном проводе, то выбирается соответствующий режим. Для этого ручка переключателя переводится в нужное положение.

После фиксации диапазона замеров следует присоединить клещи к проводу, обхватив проводник, и расположить устройство перпендикулярно направлению жилы. После этого требуется определить результаты по экрану.

Если на дисплее будет зафиксирована цифра «1», то это свидетельствует о перегрузке, а значит нужно перевести переключатель в более высокий диапазон, отсоединив предварительно прибор от провода.

Часто не удается выделить одиночный провод, например, при замерах кабеля, идущего от розетки. При проведении работ возникнет индикация «0». Это свидетельствует о равенстве токов в фазе и нуле по модулю величины, хотя они будут различны по направлению тока.

Если на дисплее будет указано значение, не равное нулю, то это подтвердит наличие утечек в цепи. Для замеров одиночного провода следует подключать клещи в распредшитке или в месте присоединения фазного провода на автомат.

При замерах на силовом кабеле в клещи заводятся несколько проводов. При этом нужно выбрать соответствующий режим.

Если вы хотите узнать, как правильно использовать клещи для измерения напряжения, то необходимо подключить проводок щупа красного цвета на разъем «VΩ», а черного цвета – на разъем «COM». При помощи переключателя надо будет выбрать режим и задать предел измерений. После присоединения щупов к источнику высветится индикация о полярности и величине напряжения.

Аналогично можно измерить и сопротивления с присоединением щупов. Но переключатель следует перевести в положение «Ω». Если у цепи будет сопротивление свыше 50 Ом, то прозвучит предупредительный сигнал.

Правила безопасности

Прибор для измерения тока достаточно прост в работе. Однако следует обязательно обеспечить безопасное использование амперклещей. В частности техникой безопасности запрещено:

  • перегружать прибор, производя замеры в диапазоне, выходящем за допустимые пределы;
  • перемещать переключатель, если проводник зажат магнитопроводом;
  • замерять сопротивление при наличии потенциала напряжения;
  • касаться разъемов в процессе работы.

Токоизмерительные клещи являются средством измерения. Поэтому надо регулярно проходить проверку метрологического типа, а также испытания слоя изоляции. Работать следует в защитных перчатках, используя диэлектрический коврик. Соблюдение правил безопасности позволит вам производить замеры с высокой точностью и без риска для здоровья и жизни.

Фото токоизмерительных клещей


Выбираем лучшие токоизмерительные (токовые) клещи

В практической работе электрика нередко возникают ситуации, когда есть необходимость измерить ток, протекающего в проводнике, без разрыва цепи. Иногда это позволяет ускорить работу. Бывает, что разорвать цепь просто невозможно (если речь идет об электроснабжении критически важного объекта). Наконец, в ряде случаев измерение тока без разрыва цепи позволяет быстро найти неисправность, на поиск которой иначе ушло бы много времени.

Для измерения в “рабочем режиме” применяются устройства, именуемые токоизмерительными клещами. Иногда это устройство именуется просто «токовыми клещами». Простейший вариант — токовые клещи, выполненные в виде приставки к мультиметру. Недостатком таких клещей является необходимость пересчитывать показания мультиметра умножением на определенный коэффициент. Кроме этого, измерение тока клещами имеет свою специфику, и, если токоизмерительные клещи не были изначально разработаны для определенного мультиметра, с которым он применяется, может возникнуть значительная инструментальная погрешность.

Вот почему мы рекомендуем использовать токовые клещи, которые представляют собой функционально законченное устройство (или функционально законченный комплект устройств). При необходимости, для удобства можно использовать и более продвинутые модели токоизмерительных клещей с функциями мультиметра.

Принцип работы токовых клещей

Для того, чтобы выбрать лучшие токовые клещи, нужно хотя бы на базовом уровне разбираться в принципе их работы.


Главное преимущество клещей Дитце — предельная простота их конструкции

Наиболее распространенным типом токоизмерительных клещей являются клещи Дитце. Они представляют собой разъемный магнитопровод с намотанной на нем катушкой, который при измерении охватывает проводник. В итоге образуется трансформатор, одной из обмоток которого является провод, в котором осуществляются измерения, а другой — катушка, вмонтированная в клещи.

Преимуществом клещей Дитце является простота конструкции и, как следствие, дешевизна и высокая надежность. К недостаткам относятся невозможность измерения постоянного тока, зависимость точности измерения от частоты, а также относительно низкая чувствительность. Последняя проблема, впрочем, решается простым способом — на клещи наматывается несколько витков провода с измеряемым током, а потом измеренные показания делятся на число витков. Тем не менее, именно клещи Дитце пользуются наибольшей популярностью, так как для большинства применений их возможностей достаточно — электрики работают, как правило, с током частотой 50 Гц, а необходимость в измерении токов без разрыва цепи возникает, главным образом, там, где токи имеют большие значения.


Упрощенная схема токоизмерительных клещей на основе датчика Холла

В токовых клещах более современной конструкции используются датчики Холла — полупроводниковые устройства, определяющие величину магнитного поля. При этом провод, где проводятся измерения, охватывается не катушкой, а магнитопроводом, в разрыв которого встроен датчик Холла. Для повышения точности измерений нередко встраивают не один, а два датчика Холла — такие измерительные приборы называются клещами с двойным датчиком Холла.

Преимуществами токоизмерительных клещей с датчиками Холла являются возможность измерения постоянного тока, высокая чувствительность, высокая точность. Но их стоимость значительно выше, чем у клещей Дитце.


Конструкция катушки Роговского

Самым старым типом токовых клещей является катушка (пояс) Роговского. Она представляет собой замкнутый соленоид из немагнитного материала с равномерной намоткой, один из выводов катушки проходит по оси соленоида. Как и для клещей Дитце, можно измерять только переменный ток, результаты измерений сильно зависят от частоты. Уровень сигнала на выходе катушки Роговского очень низкий, поэтому приходится использовать дорогостоящие усилители с высокой чувствительностью. Тем не менее, у катушки Роговского есть одно важное преимущество: результаты измерений мало зависят от того, как соленоид проходит вокруг проводника. Поэтому катушку Роговского можно наматывать на эластичный материал. Данный прибор используют в том случае, если проводник, где проводятся измерения, находится в труднодоступном месте и его можно охватить только эластичным предметом. Токоизмерительные клещи, использующие только принцип катушки Роговского, в настоящее время уже почти не выпускаются. Но гибкая катушка Роговского может входить в комплект поставки некоторых токоизмерительных клещей, основными для которых являются другие принципы.

Важные функции токовых клещей

При выборе токовых клещей следует обратить внимание на некоторые функции, которые могут оказаться полезными для использования прибора в ваших условиях.

В первую очередь, следует отметить функцию True RMS. Дело в том, что измерители переменного тока, в которых такой функции нет, как правило, показывают значение для идеальной ситуации, при которой ток имеет синусоидальную форму. 


Клещи Greenlee GT-CM-1360 (с True RMS)

Лет 30 тому назад ассортимент электрического оборудования у потребителей был ограниченный, поэтому ток в электросети был почти идеальной синусоидальной формы. Над тем, что его отклонение от синусоиды может как-то влиять на результаты измерений, никто и не задумывался. Но теперь, когда применяются энергосберегающие и светодиодные лампы, а также импульсные блоки питания, форма тока в сети весьма далека от синусоидальной, прежние подходы к измерениям дают большие погрешности. Тем более, что к измерительным клещам часто прибегают при возникновении аварийных ситуаций, которые, в свою очередь, все чаще связаны с тем, что ток в проводах уж совсем сильно отличается от синусоиды. Функция True RMS позволяет напрямую определить среднеквадратическое значение для переменного тока произвольной формы на основе математических операций с мгновенными значениями тока. Настоятельно рекомендуем вам приобрести токоизмерительные клещи с функцией True RMS, если они вам требуются при проведении аварийных работ, а также в том случае, если вы заняты обслуживанием жилого сектора, где качество нагрузки на практике никем не контролируется. И, кстати, токоизмерительные клещи с функцией True RMS уже давно не являются громоздкими и дорогими приборами, пример тому — компактное устройство Greenlee GT-CM-1360.


Токовые клещи Greenlee GT-CMI-2000 умеют измерять крест-фактор

С проблемой нелинейности нагрузки сопряжена и другая полезная функция, реализованная в топовых токовых клещах (в частности, Greenlee GT-CMI-2000) — вычисление крест-фактора, то есть отношения пикового значения тока к его среднеквадратическому значению. Значение крест-фактора нагрузки критически важно для источников бесперебойного питания. В технических характеристиках многих из них указывается максимальное значение крест-фактора, выше которого они работать не будут. Соответственно, если вы используете источники бесперебойного питания, то наличие в токоизмерительных клещах функции определения крест-фактора оказывается полезным.


Клещи Greenlee GT-CM-960 могут определять ориентировочное значение напряжения в сети бесконтактным способом

Измерять без прикосновения к проводам можно не только ток, но и напряжение. Правда, показатели будут носить оценочный характер — какое из стандартных напряжений питания может быть в сети: 20/55/110/220/400 В (либо иные значения, в зависимости от сферы применения). Для этого нужно включить соответствующий режим измерений, соединить клещи с нулевым проводом и  поднести сомкнутые губки клещей на расстояние не более 10 см от провода.

С помощью клещей обычно измеряют токи порядка десятков — сотен ампер. Но чувствительность датчика Холла позволяет измерять и меньшие токи, начиная с 0,2 А. Для этого в некоторых клещах предусмотрен режим повышенной чувствительности. В токовых клещах производства Greenlee применена эксклюзивная технология AmpTip. Она заключается в том, что провод с малыми токами и малым диаметром вводится в специальное углубление в губках клещей, что обеспечивает его точное расположение при измерениях.


Пример использования токоизмерительных клещей с открытым зевом

При проведении измерений в тесных электрических шкафах может быть полезна такая редкая разновидность электрических приборов как токоизмерительные клещи с открытым зевом. Очень удобными клещами такого типа являются Greenlee GT-CSJ-100. К недостаткам клещей с открытым зевом можно отнести возможность измерения только переменного тока и более низкую точность по сравнению с другими токовыми ключами, но, подчеркнем, есть ситуации, когда можно использовать либо их, либо гибкую катушку Роговского. Открытый зев предусматривает моноблочную конструкцию измерительного прибора, которая намного удобнее и безопаснее.

Большинство современных моделей токоизмерительных клещей имеют, помимо основной функции измерения тока без разрыва цепи, также еще и функции мультиметра. Измерение тока в режиме мультиметра производится обычным способом, с разрывом цепи. Выбирая клещи, следует учитывать разницу в параметрах измерения тока в режимах собственно клещей и мультиметра. Токовые клещи, поддерживающие, например, измерение постоянного тока в режиме мультиметра, не всегда могут делать это в режиме собственно клещей.
Набор функций мультиметра может быть дополнен функциями тестирования разнообразных электронных компонентов: диодов, конденсаторов и т. п. Также в некоторых моделях клещей (например, Greenlee GT-CMH-1000) есть функция тестирования электродвигателей. Полезной является функция AutoCheck, позволяющая автоматически устанавливать диапазоны измерений (например, у Greenlee GT-CMI-2000 – в пределах от 1,5 до 2000 В). Правда, данная функция имеет некоторые ограничения по использованию на цепях, которые могут быть повреждены низким входным импедансом вольтметра.

Токовые клещи представляют собой настоящую «рабочую лошадку» электрика. Поэтому следует обращать внимание в первую очередь на бренды, которые предлагают наиболее широкий ассортимент токовых клещей. Из него можно выбрать лучшие токовые клещи с оптимальным для вас набором функций.

Если вам нужна профессиональная консультация по диагностике электрооборудования и выбору токовых клещей, просто отправьте нам сообщение!

Поделитесь этой страницей с друзьями и коллегами


 

Электроизмерительные клещи | Заметки электрика

Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».

В прошлых статьях мы с Вами познакомились с изолирующими клещами. Сегодня я подробно расскажу Вам про электроизмерительные клещи.

Прошу не путать эти два словосочетания, потому что это не одно и тоже. Впрочем, Вы сами сейчас убедитесь в этом.

Электроизмерительные клещи применяются для измерения величины тока в электроустановках напряжением до 10 (кВ), а также для измерения величины напряжения в электроустановках до 1000 (В) без разрыва контролируемой цепи.

Электроизмерительные клещи относятся ТОЛЬКО к основным средствам защиты в электроустановках до и выше 1000 (В).

Конструкция электроизмерительных клещей


Как выглядят электроизмерительные клещи, наверное, представляет практически каждый электрик.

В их конструкции нет ничего сложного.

Электроизмерительные клещи имеют встроенный трансформатор тока. У трансформатора тока магнитопровод является разъемным.

В качестве первичной обмотки служит проводник с измеряемым током. В качестве вторичной обмотки используется электроизмерительный прибор.

В настоящее время существуют большое количество электроизмерительных клещей различных типов и моделей. В зависимости от типа и модели клещей, электроизмерительный прибор бывает, как аналоговый (стрелочный), так и цифровой.

В данной статье в качестве примера я привожу электроизмерительные клещи М266 из своего перечня инструмента. Они мне нравятся своей простотой и надежностью.

Электроизмерительные клещи до 1000 (В) состоят из рабочей части и корпуса. В качестве рабочей части используется:

В качестве изолирующей части клещей используется сам корпус с упором и рукояткой.

Электроизмерительные клещи выше 1000 (В) состоят из:

  • рабочей части
  • изолирующей части
  • рукоятки

В качестве рабочей части клещей используется магнитопровод, обмотка и электроизмерительный прибор, который бывает, либо съемным, либо встроенным в электроизоляционном корпусе.

Изолирующая часть электроизмерительных клещей выше 1000 (В) должна иметь длину не менее 38 (см), а рукоятка — не менее 13 (см).

Если честно, то мне ни разу не приходилось применять электроизмерительные клещи выше 1000 (В) в живую.

Испытания электроизмерительных клещей

Во время эксплуатации электроизмерительных клещей необходимо проводить им электрические испытания. Согласно Инструкции по применению и испытанию средств защиты, используемых в электроустановках (ИПИСЗ), Приложение 8, периодичность испытаний электроизмерительных клещей составляет — 1 раз в 2 года (24 месяца), а продолжительность испытаний — 5 минут.

Испытательное напряжение 40 (кВ) подается между магнитопроводом и временным электродом, который установлен около ограничительного упора со стороны изолирующей части. Это относится к электроизмерительным клещам до 10 (кВ).

Для клещей до 1000 (В) испытательное напряжение 2 (кВ) подается между магнитопроводом и основанием рукоятки.

Как пользоваться?


Основное правило!!! Пользоваться электроизмерительными клещами до 10 (кВ) допускается ТОЛЬКО в диэлектрических перчатках.

При проведении замеров параметров цепи, электроизмерительные клещи требуется держать на весу. Запрещено наклоняться к электроизмерительному прибору клещей для снятия показаний.

В электроустановке до 10 (кВ) запрещается использовать выносные приборы, а также переключать пределы измерения. Чтобы переключить предел, необходимо снять клещи с токоведущей части.

Запрещено работать электроизмерительными клещами на опорах воздушных линий до 1000 (В), если клещи специально не предназначены для этого.

Ниже я покажу Вам как пользоваться электроизмерительными клещами.

Приведу наглядный пример. Допустим, что нам необходимо произвести замер величины переменного тока. Для этого нужно переключить предел клещей на «АСА», развести магнитопровод и обхватить проводник (провод), идущий на интересующую нас нагрузку. Электроизмерительный прибор клещей покажет нам величину тока в этом проводнике.

В своем примере я сделал немного иначе. На испытательном стенде для проверки релейной защиты, с помощью источника тока я навел в проводнике около 5 (А). Это видно по амперметру.

А теперь проверим с помощью электроизмерительных клещей ток в этом проводнике.

Измеренный ток с помощью электроизмерительных клещей составил 5 (А), что соответствует величине заранее наведенного тока.

Вместо электроизмерительных клещей можно применять мультиметр, или «тестер», как многие его называют. Для этого я Вам приготовил целый курс, состоящий из 3 частей:

P.S. Если Вам не совсем все ясно или есть что добавить, то пишите комментариях к данной статье. А также подписывайтесь на новые статьи с моего сайта (форма подписки находится в правой колонке).

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


Как выбрать токоизмерительные клещи

Нет необходимости приобретать очень дорогой измерительный прибор с набором многих функций, назначение которых вам непонятно.

Для бытового использования подойдет недорогой прибор, который, кроме измерения силы тока, позволяет измерять напряжение, сопротивление, прозванивать цепи.

Но чересчур экономить также не стоит – очень дешевые приборы китайского производства могут показывать величины, очень далекие от истинных.

Подобные приборы отличаются корпусом из низкопробной пластмассы, которая часто имеет неприятный резкий запах. Корпуса очень дешевых приборов часто имеют щели между деталями.

1. Следует выбирать токоизмерительные клещи, обеспечивающие точные измерения.

Нужно убедиться, что прибор облегчает, а не затрудняет работу. Обидно потратить целый день на поиски неисправности в электрическом двигателе выяснив в последствии, что неисправен не двигатель, а используемые электроизмерительные клещи.

Чтобы не «подмочить» свою репутацию, нужно убедиться, что приобретаемые токоизмерительные клещи не создают в процессе работы трудностей.

2. Токовыклещи должны работать там, где будут производиться измерения.

Перед тем как выбрать токоизмерительные клещи, нужно учитывать, что они будут использоваться, например, в условиях низких температур и повышенной влажности, они могут упасть и т. д.

Конечно, самые правильные результаты прибор будет показывать в лабораторных условиях. Но в быту такие условия встречаются очень редко, поэтому при покупке клещей необходимо удостовериться, что они подходят для условий вашей работы.

3. Выбирая прибор со многими функциями, нужно отдавать преимущество не количеству, а качеству.

Обычно на практике используются далеко не все функции, которыми могут быть наделены токоизмерительные клещи.

Приобретая электроизмерительные клещи с большим количеством дополнительных функций, вы рискуете не только потратить много лишних денег, но и, так сказать, усложнить себе жизнь. На сегодняшний день можно найти электроизмерительные клещи, в которых имеются практически любые функции.

Необходимо отметить, что чем больше различных элементов встроено в измерительный прибор, тем больше проблем будет возникать в процессе его эксплуатации. Именно поэтому не рекомендуется выбирать электроизмерительные клещи, в которых имеется очень большое количество различных функций.

Лучше выбрать прибор, обладающий только теми функциями, которые необходимы для работы.

Абсолютно нет смысла платить за то, что никогда не будет использоваться. Обычно в процессе работы используются измерения тока, напряжения, а также сопротивления, причем последнее чаще всего в режиме прозвонки.

Поэтому желательно, чтобы прибор обладал функцией звуковой прозвонки. А вот такие функции, как измерение температуры, емкости, частоты и другие навороты на практике в быту практически никогда не используются – они только делают прибор более дорогим и сложным, а значит и менее надежным.

Токоизмерительные клещи – это очень полезный прибор, так как позволяет измерить ток в цепи, не нарушая ее работы.

Техника безопасности при работе с электроизмерительными клещами

  • 1) — категорически запрещается превышать величину перегрузочной способности клещей, которая указана для каждого диапазона измерений;
  • 2) — нельзя прикасаться к неиспользуемым гнездам прибора, когда он подключен к токоведущим частям;
  • 3) — прежде чем изменять положение переключателя диапазонов измерения, обязательно нужно отсоединить клещи от токоведущего проводника;
  • 4) — запрещается измерять сопротивление в схеме под напряжением;
  • 5) — при работе с напряжением нужно соблюдать предельную осторожность. В процессе измерений пальцы необходимо держать за барьерной кромкой клещей.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

 

Комплектующие для инструмента

Поставка твердосплавного токосъемника размером 1

  • с 46 для китайского станка для резки молибденовой проволоки, подающий контакт для HS —

    В настоящее время недоступен.
    Мы не знаем, когда и появится ли этот товар в наличии.
    • Убедитесь, что это подходит введя номер вашей модели.
    • Поставка карбидного токосъемника размером 19 * 10 * 10 с 4 * 6 для китайского станка для резки молибденовой проволоки, контакт подачи питания для HS
    • Мы также поставляем карбидные токосъемники другого размера для китайских машин для резки молибденовой проволоки, пожалуйста, свяжитесь со мной, если у вас возникнут какие-либо требования, спасибо
    • Тип: Другой
    › См. Дополнительные сведения о продукте Устройство

    Амперометрические клещи для измерения тока 1000A Плоскогубцы для коллектора постоянного тока переменного тока Бесконтактный тестер Инструмент автоматического отключения данных для электрика — Mega Promo # 79737

    Дешевый прибор Инструмент для электрика оптом.Покупайте качественные токоизмерительные клещи напрямую у поставщиков электрического магазина Taihom. Наслаждайтесь ✓Бесплатная доставка по всему миру! ✓ Распродажа с ограниченным сроком ✓ Легкий возврат.

    Устройство 1000A Амперометрические токоизмерительные клещи для измерения переменного тока и постоянного тока Плоскогубцы для коллектора Бесконтактный тестер Инструмент автоматического отключения данных для электрика

  • Диапазон измерения емкости Н / Д для UT209A
  • Номер модели UT205 206207208209
  • Размеры 286 мм * 105 мм * 45 мм
  • Диапазон измерения напряжения 600 В
  • Диапазон измерения рабочей температуры Температура 0-50 градусов Цельсия
  • Диапазон измерения сопротивления 40 МОм Диапазон измерения сопротивления UT209A
  • Вес 533 г UT209A
  • Диапазон измерения тока1000A
  • Тип дисплея Только цифровой
  • Токоизмерительные клещи переменного тока постоянного тока Клещи для токосъемников 1000A
  • Бесконтактный тестер для электрика

    • Устройство 1000A Амперометрические токоизмерительные клещи AC DC Collector Pl iers Бесконтактный тестер Data Hold Auto Off Инструмент для электрика Описание

    Купить Unit 1000A Амперометрический токоизмерительный клещи AC DC Коллектор Плоскогубцы Бесконтактный тестер Data Hold Auto Off Инструмент для электрика от продавца Taihom Electric Store с разумными цена и гарантия на Goteborgsaventyrscenter.Вы можете получить потрясающую скидку 20% Скидка и сэкономить 15,9 долларов США при покупке этого товара в разделе Распродажа сегодня на Aliexpress. Таким образом, вам нужно всего лишь заплатить 63,59 долларов США. за устройство 1000A Амперометрические токоизмерительные клещи для измерения переменного тока и постоянного тока Плоскогубцы для коллектора Бесконтактный тестер Инструмент для автоматического отключения данных для электрика.

    Мы предлагаем широкий выбор аналогичных токоизмерительных клещей на Goteborgsaventyrscenter, чтобы вы могли обнаружить именно то, что ищете. У нас также есть тысячи Unit 1000A Амперометрические токоизмерительные клещи для измерения переменного тока и постоянного тока. Бесконтактный тестер для автоматического отключения данных. Инструмент для электрика всегда предлагает доступную цену и лучшее качество.Кроме того, вы можете выбирать между ценовыми диапазонами токоизмерительных клещей, торговыми марками токоизмерительных клещей или спецификациями токоизмерительных клещей, которые, по вашему мнению, имеют решающее значение для вашего любимого предмета.


    Токоизмерительные клещи UT207A / UT208A / UT209A

    >>>>> Выделите <<<<<
    Эти цифровые клещи переменного / постоянного тока на 1000 А стабильны, безопасны и надежны при низком энергопотреблении. Полная защита от перегрузки и уникальный внешний вид делают эти клещи идеальным инструментом для технического обслуживания и ремонта электрических и силовых линий до 1000 А переменного тока.

    >>>>> Основные характеристики <<<<<
    1. Измерение постоянного / переменного тока 1000A, частота дискретизации 3 раза / с
    2. Выбор диапазонов автоматически / вручную
    3. Истинное среднеквадратичное значение (только UT209A)
    4. Функция обнуления
    5. Подсветка ЖК-дисплея
    6. Удержание данных; Рабочий цикл
    7. Автоматическое отключение питания и индикация низкого заряда батареи
    8. Диод; Зуммер непрерывности; Входное сопротивление для DCV
    9. Точечный контактный датчик температуры (только UT208A)

    Токоизмерительные клещи UT206B

    >>>>> Выделите <<<<<
    Серия UT200 — это цифровые клещи на 6000 отсчетов с автоматическим диапазоном, большим ЖК-дисплеем, истинное среднеквадратичное значение, память автоматического масштабирования и функции NCV.Они соответствуют классу безопасности CAT III 1000 В / CAT IV 600 В и сертифицированы CE / ETL. UT206B поставляется с режимом LoZ для устранения «паразитного» напряжения, функцией LPF ACV для измерения напряжения INV и VFD и режимом пускового тока для регистрации переходного тока. UT206B также обеспечивает высокоточное измерение температуры с разрешением 0,1 ° C и может быть оснащен гибким токовым пробником для расширения диапазона измерения переменного тока до 3000 А.

    >>>>> Основные характеристики <<<<<
    1.Кнопка фонарика: кратковременно нажмите эту кнопку, чтобы включить / выключить фонарик.
    2. Гибкий токовый пробник (опция) для расширения диапазона измерения переменного тока до 3000A
    3. Улавливание пускового тока
    4. Многосегментный дисплей NCV и звуковая / визуальная сигнализация
    5. Истинное среднеквадратичное значение / автоматическая подсветка
    6. NCV / Сохранение функции
    * Измерение переменного тока 1000A

    Токоизмерительные клещи UT205A / UT206A

    UT205A / 206A — профессиональные цифровые клещи на 1000A с зажимом 40 мм. Эта серия имеет эргономичный дизайн, что позволяет пользователям в электрических перчатках удобнее работать.UT205A / 206A — отличный выбор для электриков и других специалистов, которым требуется измерение переменного тока до 1000A.

    UT205A / 206A — отличный выбор для электриков и других специалистов, которым требуется измерение переменного тока до 1000A.
    1. 1000 А переменного тока, частота дискретизации 3 / с
    2. 4000 отсчетов дисплея, автоматическая индикация полярности
    3. Рабочий цикл
    4. Подсветка ЖК-дисплея
    5. Удержание данных, автоматическое отключение питания, индикация низкого заряда батареи

    UT205 / UT206 Токоизмерительные клещи

    UT205 / UT206 — это маломощные, стабильные, безопасные и надежные цифровые токоизмерительные клещи переменного тока на 4000 отсчетов.Полная схема защиты от перегрузки и уникальный дизайн делают его специальным электросчетчиком с превосходными характеристиками. Счетчик — идеальный инструмент для технического обслуживания в металлургической, производственной, нефтяной, электроэнергетической, химической и других отраслях промышленности.

    Дешевые токоизмерительные клещи, покупайте качественные инструменты напрямую из Китая. Поставщики: Амперометрический токоизмерительный прибор 1000A AC DC Коллекторные клещи Бесконтактный тестер Data Hold Auto Off Инструмент для электрика Наслаждайтесь ✓Бесплатная доставка по всему миру! ✓ Распродажа с ограниченным сроком ✓ Легкий возврат.

    Если вас интересуют другие товары, связанные с устройством Устройство 1000A Амперометрические токоизмерительные клещи для постоянного тока переменного тока Плоскогубцы Бесконтактный тестер Инструмент для автоматического отключения данных для электрика , вы можете найти все это на нашем веб-сайте, так как у нас есть отличный Токоизмерительные клещи, которые можно просматривать, сравнивать и заказывать в Интернете. У нас также есть много интересных элементов, которые вы, возможно, захотите увидеть в наших аналогичных разделах: клещи-клещи , токоизмерительные клещи, токовые клещи, блок UT61, токовый пробник для осциллографа, электрик, заземляющий лист, цифровые клещи Mestek, переменный ток, постоянный ток. ток, клещи постоянного тока, токоизмерительные клещи kyoritsu, токоизмерительные клещи постоянного тока ct, сильноточные клещи, и многое другое.

    Мы не только предлагаем вам разумную цену и высокое качество клещей на Goteborgsaventyrscenter, мы также хотим улучшить ваши решения и помочь вам в покупке этого товара, предоставив вам беспристрастный амперометрический измеритель тока Unit 1000A переменного тока. Плоскогубцы для коллектора постоянного тока Бесконтактный тестер для автоматического отключения данных Инструмент для электрика отзывы и оценки от реальных покупателей в Интернете.

    Не пренебрегайте ограниченными по времени предложениями на токоизмерительные клещи и эксклюзивными скидками на токоизмерительные клещи только в Goteborgsaventyrscenter.Просто нажмите кнопку «« Купить сейчас » выше, чтобы получить более подробную информацию об этом элементе Unit 1000A Амперометрические токоизмерительные клещи для постоянного тока переменного тока Бесконтактный тестер Инструмент для автоматического отключения данных для электрика .

    Пантограф |

    Пантограф — это устройство, которое устанавливается на крыше электропоезда для сбора энергии с помощью подвесного троса. Он поднимается или опускается в зависимости от натяжения проволоки. Обычно используется один провод с обратным током, проходящим через дорожку.Это распространенный тип токоприемника. Обычно используется один провод, а обратный ток проходит через дорожку.

    Система электропередачи для современных электрических рельсовых систем состоит из верхнего несущего провода (известного как контактная сеть), к которому подвешен контактный провод. Пантограф подпружинен и прижимает контактный башмак к нижней стороне контактного провода, чтобы потреблять электричество, необходимое для движения поезда. Стальные рельсы гусениц действуют как обратный электрический ток.По мере движения поезда контактный башмак скользит по проводу и может создавать в проводах стоячие акустические волны, которые нарушают контакт и ухудшают токосъем. Это означает, что в некоторых системах соседние пантографы не разрешены.

    Пантографы с воздушными проводами в настоящее время являются доминирующей формой сбора тока для современных электропоездов, потому что, будучи более хрупкими, чем система с третьим рельсом, они позволяют использовать более высокие напряжения.

    Пантографы

    обычно приводятся в действие сжатым воздухом от тормозной системы транспортного средства, чтобы поднять блок и удерживать его у проводника, или, когда для растяжения используются пружины, для его опускания.В качестве меры предосторожности против потери давления во втором случае рычаг удерживается в нижнем положении защелкой. В высоковольтных системах такая же подача воздуха используется для «гашения» электрической дуги при использовании автоматических выключателей, устанавливаемых на крыше.

    Пантографы могут иметь одинарное или двойное плечо. Пантографы с двойным захватом обычно тяжелее, требуют большей мощности для подъема и опускания, но также могут быть более отказоустойчивыми.

    Видео;



    Источник: википедия.com;

    аккумуляторов | Бесплатный полнотекстовый | Стратегии проектирования литий-ионных элементов высокой мощности по сравнению с высокоэнергетическими

    1. Введение

    За годы, прошедшие с момента появления литий-ионных аккумуляторов (LIB), было много разработок в конструкции элементов и химии элементов. Например, объемная плотность энергии увеличилась вдвое благодаря сочетанию улучшенных активных материалов и улучшенной конструкции ячеек. В связи со все более широким использованием LIB для новых приложений, ячейки были оптимизированы для получения энергии (портативные электронные устройства, мобильные телефоны и аккумуляторные электромобили) или энергии (электроинструменты, гибридные электромобили).Как для конструкции ячейки, так и для активных материалов существует компромисс между мощностью и энергией. Разные производители используют разные подходы к оптимизации своих ячеек для достижения высокой плотности энергии или высокой плотности мощности. Обычно это ноу-хау производителей. Большинство академических исследований в области ионно-литиевых элементов большой мощности связано с конструкцией активных материалов, а не с не менее важными аспектами конструкции и инженерии ячеек. Относительные характеристики литий-ионных батарей и ультраконденсаторов сравнивались ранее [1,2,3].В этой работе большинство исследованных элементов представляли собой цилиндрические элементы 18650, поскольку они доступны с различным соотношением мощности и энергии от одного производителя. Это позволило сравнить различные подходы к проектированию и стратегии. При проектировании литий-ионного элемента необходимо принять ряд конструктивных решений, представленных в таблице 1. Состав электродов, масса покрытия, пористость, токосъемники, сепаратор, электролит. Все соединительные бирки оптимизированы для получения требуемых характеристик безопасности и рабочих характеристик ячейки.Активные материалы определяют выбор связующего и типа проводящего углерода. Последующие решения принимаются относительно нагрузки электрода, толщины и пористости. В более ранних исследованиях влияние веса покрытия электрода на быстродействие и сопротивление ячейки моделировалось [4] и измерялось [5]. Экспериментально лучшие характеристики были получены с более тонкими электродами.

    Обычно требования к максимальной плотности энергии противоположны требованиям к высокой плотности мощности, что является классическим инженерным компромиссом.Однако толщина сепаратора обычно указывается исходя из соображений безопасности или технологичности. Предполагая, что в элементе используется жидкий электролит, существует несколько вариантов выбора соли и концентрации лития, смеси органических карбонатных растворителей и добавок. Состав электролита будет зависеть от целевого диапазона рабочих температур ячеек, и добавки будут выбираться для улучшения характеристик конкретных активных материалов.

    Как указано выше, в этой статье описывается разборка или демонтаж коммерческих литий-ионных элементов, а также характеристика их компонентов.Сюда входят физические свойства электродов, в частности, поверхностная емкость и пористость, а также другие конструктивные параметры ячейки.

    2. Результаты

    Ячейки, выбранные для этого исследования, перечислены в таблице 2. Большинство ячеек было приобретено через интернет-магазины, обслуживающие сообщество электронных сигарет или вейпинга. Ячейки A123 были приобретены у китайского интернет-магазина. Значения номинальной емкости и максимальной мощности непрерывного разряда были взяты из технических данных вместе с датой проектирования.Следует отметить, что первоначальный проект был разработан за несколько лет до фактической покупки ячеек. Это показывает, что от первоначальной проектной спецификации до ячейки, доступной на рынке, могут потребоваться месяцы или годы разработки. Отношения мощность-энергия показаны как Вт: Вт · ч, хотя они были рассчитаны на основе силы тока (А) и емкости (А · ч).

    Таблица 2. Литий-ионные элементы включены в это исследование.

    Таблица 2. Литий-ионные элементы включены в это исследование.

    LG
    Производитель Модель Размер Номинальная мощность / час Дист. Ток / А Мощность: Энергия / Вт: Вт · ч Дата проектирования
    A123 M1A 18650 1,1 30 27,3
    2009 [6]
    HB2 18650 1,5 30 20,0 2011 [7]
    LG HB4 18650 1.5 30 20,0 2011 [8]
    LG HG2 18650 3,0 20 6,7 2014 [9]

    Samsung 25218

    		 2,5 20 8,0 2013 [10]
    Samsung 30Q 18650 3,0 15 5,0 2014 [11] Samsung 2014 [11] 21700 4.8 10 2,1 2015 [12]
    Sony VTC5A 18650 2,5 30 12,0 2015 [13]

    18 Sony

    		 3,0 20 6,7 2015 [14]
    Ячейки были получены с начальным уровнем заряда (SoC) 20–40%. Полностью разряженный элемент безопаснее разбирать, поэтому проводился цикл разряд – заряд – разряд.Профили напряжения показаны на рисунке 1. Восемь ячеек имели профили напряжения, типичные для слоистых катодных материалов, таких как NMC (LiNi x Mn y Co 1 − x − y O 2 ) и NCA (LiNi x Co y Al 1 − x − y O 2 ). Исключением был элемент A123 M1A, который, как известно, имеет катод LFP (фосфат лития-железа, LiFePO 4 ). Все элементы немного превысили свою номинальную емкость, за исключением ячейки A123 M1A. На основании информации, предоставленной с клетками, клеткам M1A было три года на момент получения, так что календарное старение могло иметь место.Хранение при 40% SoC при неизвестной температуре в течение трех лет может вызвать некоторую потерю емкости. Значения разрядной емкости и энергии, зарегистрированные во время этого цикла, собраны в таблице 3. Измеренные значения энергии разряда были объединены с весами и объемами элементов для расчета двух значений плотности энергии, как показано в таблице 4. Таблица также включает объемную и гравиметрическую мощность. значения плотности. Плотность мощности можно измерить или рассчитать различными способами. В этом случае мощность определялась как среднее напряжение разряда, умноженное на максимальный непрерывный ток разряда.На практике напряжение элемента во время высокоскоростной разрядки будет ниже, чем среднее напряжение разрядки. Однако максимальный импульсный ток разряда выше, чем максимальный непрерывный ток, поскольку отсутствует риск перегрева ячейки. Таблица 4 также содержит общую площадь катодов, полученную путем прямых измерений реальных электродов. Они были объединены с емкостями ячеек, чтобы получить значения площадных емкостей. При проектировании ячеек и балансировке анодной и катодной емкостей это одно из начальных значений, которые указываются.На Рисунке 2 отношения мощности к энергии ячеек нанесены в зависимости от площадных емкостей. Как и ожидалось, между этими двумя параметрами существует обратная зависимость, т. Е. Элементы высокой мощности используют низкую поверхностную емкость и малую массу покрытия. Толщина пяти различных компонентов показана на рисунке 3. Ячейка Samsung 48G имела самый толстый анод, давая самый высокий плотность энергии и самая низкая плотность мощности. Самым большим сюрпризом стала толщина катода A123 M1A, так как ячейка имела самое высокое отношение мощности к энергии.Вероятно, это связано с более низкой кристаллической плотностью LFP (3,6 г см -3 по сравнению с 4,8 г см -3 для NCA). Для токоприемников и сепараторов тенденция оказалась во многом исторической. Доступная толщина сепараторов, а также медной и алюминиевой фольги для аккумуляторов значительно уменьшилась за последнее десятилетие благодаря усовершенствованным методам производства. Естественно, разработчики ячеек воспользовались преимуществами этих более тонких материалов для увеличения плотности энергии. Основным исключением были две ячейки Sony, датируемые 2015 годом.Ячейка VTC5A высокой мощности имела более толстые медь и алюминий, чем ячейка VTC6 высокой мощности. Более толстые токосъемники уменьшат сопротивление элемента и улучшат теплопередачу из элемента за счет плотности энергии. Аналогичная разница наблюдалась в бирках электродов; катодная метка на VTC5A была шире и толще, чем метка VTC6. Два варианта конструкции меток, найденные в ячейках, показаны на рисунке 4. У восьми ячеек метки полной ширины были приварены к участку покрытия, с метками на каждом конце анода, и одна метка катода смещена от центра.Единственным исключением была ячейка A123 M1A, у которой были две короткие метки, приваренные к голым участкам металла. На практике это может быть достигнуто путем выборочного соскабливания покрытия или предварительного размещения заплатки для предотвращения прилипания покрытия. Подобное расположение меток наблюдалось в коммерческой ячейке 26650 с катодом LFP [15]. С производственной точки зрения проще наносить непрерывное покрытие, чем периодическое покрытие по всей ширине («пропустить» покрытие). Это также позволяет избежать календарной обработки тонких срезов электрода только с обнаженным металлом.Обычно анод больше катода, чтобы предотвратить избыточный заряд на катоде и избежать образования дендритов лития в областях анода с высокой локальной плотностью тока. Интересно отметить, что в ячейке A123 были области активного катода напротив неизолированной медной фольги на аноде. Это может отражать различия в поведении избыточного заряда между LFP и слоистыми катодами. Причина, по которой катод был смещен в других восьми ячейках, показывает важность управления температурой в конструкции ячейки.С электрической точки зрения симметричная катодная метка дает минимальное сопротивление. Однако из-за спиральной намотки симметричная катодная метка находится относительно близко к стенке банки. Использование смещенной бирки размещает бирку примерно посередине обмотки, обеспечивая максимальный тепловой поток через бирку. Ожидалось, что в элементах большой мощности будет использоваться больше меток, чем в элементах высокой энергии, чтобы снизить сопротивление элементов и улучшить теплопередачу. Очевидно, что двойная анодная метка дает чистое преимущество даже в ячейках, оптимизированных для работы с высокой энергией.Во многих цилиндрических суперконденсаторах используются краевые соединения, а не дискретные метки [16], но такой подход не считается необходимым в элементах большой мощности. Фактические составы электродов неизвестны и их трудно измерить. Их можно анализировать с помощью систематической процедуры химической экстракции, но в начальных тестах ошибки измерения были слишком высоки, чтобы дать точные составы. Однако, делая обоснованные предположения на основе известных электродных композиций и патентных заявок, можно рассчитать емкости активных материалов и пористость электродов.На рис. 5 показаны полученные значения, исходя из предположения, что состав анода активная связка-углерод = 95: 4: 1 (мас.%), И состав катода 96: 2: 2 (мас.%). Единственным исключением был катод M1A, в котором использовался состав 79:11:10, на основании патентов A123, опубликованных во время разработки элемента [17]. Некоторые из значений анода были выше, чем теоретическая емкость графита, то есть 372 мА ч г -1 . Это говорит о том, что электроды содержали компонент с большей емкостью, такой как кремний.Катоды продемонстрировали историческую тенденцию к увеличению емкости, как правило, за счет более высокого содержания никеля. Среднюю пористость электрода можно рассчитать, исходя из веса покрытия, толщины покрытия и средней плотности компонентов покрытия [18]. Эта плотность относительно нечувствительна к составу электродов. Значения пористости для анодов и катодов показаны на рисунке 6. Значения пористости анода были довольно похожи, за исключением ячейки VTC6. Это было удивительно, поскольку VTC6 — это скорее энергетический элемент, чем силовой.Катодная пористость сильно различалась. Три ячейки с наивысшим соотношением мощности и энергии (M1A, HB2 и HB4) имели более высокую пористость, чем остальные шесть ячеек. Катодная пористость также отражалась в весах электролита, показанных на Рисунке 7. Они были рассчитаны на основе разницы между начальный вес ячеек и вес других компонентов после промывки и сушки. Исторически разумным считалось значение около 3 г электролита на час. Электролит должен заполнить все поры в электродах и сепараторе, но все же оставить некоторое пустое пространство внутри ячейки для сбора газов SEI.С более тонкими сепараторами и катодами с более низкой пористостью, очевидно, можно было снизить значение до менее 2 г (А · ч) -1 во многих ячейках. Однако толстый и относительно пористый катод LFP в ячейке A123 по-прежнему требует большего количества электролита. Для получения дополнительной информации необходимо использовать спектроскопические методы, такие как сканирующая электронная микроскопия (SEM), в сочетании с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией ( ЭЦП). Типичные изображения девяти анодов и катодов показаны на Рисунке 8 и Рисунке 9 соответственно.Среди анодов восемь из девяти выглядели очень похожими, за исключением ячейки A123 M1A. В этой ячейке углеродные частицы оказались хлопьями или осколками, а не более округлыми частицами, которые можно увидеть в других ячейках. Помимо ячеек HB2 и HB4, была смесь более мелких и крупных частиц, чтобы максимизировать плотность утряски и оптимизировать использование доступного объема. Катоды также выглядели похожими, со смесью более мелких и крупных частиц. Последние представляют собой вторичные частицы, агломераты гораздо более мелких первичных частиц.Такой подход сводит к минимуму длину пути диффузии при максимальной плотности материала на выходе. Катоды выглядели сильно каландрированными, и некоторые вторичные частицы начали распадаться на первичные частицы. ЭДС-карты анодов и катодов представлены в дополнительных материалах. Выводы измерений EDS собраны в Таблице 5. Шесть из девяти анодов содержали кремний, расщепляющийся по историческим линиям, т.е. спроектированный до или после 2012 года. Кремний был обнаружен в локализованных частицах, что типично для стратегии «разбрызгивания».На картах EDS кремний обычно ассоциировался с кислородом. Окись кремния (SiO x ) является широко используемым кремниевым материалом [19], но на самом деле содержит области кремния и SiO 2 [20]. Во время цикла формирования SiO 2 необратимо превращаются в оксид лития и силикаты лития [20], в то время как сам кремний обратимо интеркалируется и деинтеркалируется. Оксид лития будет реагировать с любыми следами HF в электролите, но силикаты, вероятно, останутся на месте.Следовательно, присутствие кремния и кислорода вместе предполагает, что исходным материалом был SiO x . Если бы кислород был частью другого (более толстого) слоя SEI на кремнии, то и на этих частицах можно было бы ожидать фтора. Между материалами катода было больше различий. На данном этапе составы скорее ориентировочные, чем абсолютные. Ячейка HG2 содержала NMC, богатую никелем. Измерения предполагали 811, а не 622, хотя это было бы ранним введением для ячейки, разработанной в 2014 году.NCA в ячейке Sony VTC5A выглядело как «стандартный» состав LiNi 0,80 Co 0,15 Al 0,05 O 2 . Однако NCA в двух из ячеек Samsung оказался богатой никелем версией, то есть LiNi 0,80 + δ Co 0,15 Al 0,05 − δ O 2 с δ ~ 0,04 [21]. Поверхность элемента Sony VTC6 была покрыта оксидом алюминия. Это затрудняло оценку фактического состава частиц, но соотношение Ni: Co оказалось выше, чем в ячейке VTC5A.Покрытие поверхности катодными частицами было предложено как метод увеличения предела зарядного напряжения и, следовательно, емкости материала [22]. Настоящим сюрпризом стал катод Samsung 25R. Визуально все частицы выглядели одинаково, но некоторые не содержали марганца. Было предложено использовать смешанный катод NCA / NMC [23], чтобы испытать некоторые преимущества обоих материалов. Из изображений SEM можно было оценить размер частиц активных материалов. Для катодов это был размер вторичных частиц, а не первичных.На рис. 10 показаны типичные значения размера частиц в зависимости от отношения мощности к энергии. Результаты показали ожидаемую тенденцию уменьшения размера частиц для большей мощности.

    Как используются плоскогубцы при изготовлении ювелирных изделий?

    IGS может получать комиссию за привлечение клиентов от компаний, перечисленных на этой странице. Учить больше. Клещи

    необходимы для захвата, гибки и придания формы металлу и проволоке. Плоскогубцы должны быть изготовлены из нержавеющей стали с резиновыми ручками для удобства. Они должны быть с гладкими губками и шарнирными соединениями.Существует множество типов плоскогубцев, но основные из них необходимы: круглые, плоские, круглые, плоские, полукруглые и параллельные.

    • Круглогубцы имеют две круглые губки, которые сужаются к концу. Они отлично подходят для захвата проволоки и придания ей круглой формы. Они также поставляются с удлиненными губками для лучшего захвата. Более короткие челюсти — отличная стартовая пара. У Amazon и Rio Grande есть круглогубцы. У Рио-Гранде также есть модели с более длинными челюстями.

    Плоскогубцы с круглым носом

    • Плоскогубцы имеют плоские губки с тупым прямым концом.Они отлично подходят для формования и гибки плоского металла и проволоки. Amazon и Rio Grande продают на своих сайтах плоскогубцы.

    Плоскогубцы

    • Плоскогубцы с цепной головкой имеют закругленные снаружи губки, плоские с внутренней стороны и сужаются к острию. Они отлично подходят для работы с металлом в труднодоступных местах. У Amazon есть эргономичная пара с более толстыми ручками для дополнительного комфорта. Rio Grande также продает их на своем веб-сайте.

    Плоскогубцы с цепной головкой

    • Плоские и полукруглые плоскогубцы имеют одну губку, которая круглая с внутренней стороны, и одна губка, которая плоская с внутренней стороны, причем обе плоские с внешней стороны.Они удобны для округления проволоки и металла, например, в кольца. Amazon и Rio Grande продают на своих сайтах плоскогубцы и плоскогубцы.

    Плоскогубцы и полукруглые плоскогубцы

    • Плоские плоскогубцы имеют плоские с внутренней стороны губки, которые всегда открываются параллельно друг другу. Они отлично подходят для надежного удержания проволоки или металла на одном конце, в то время как на другом конце обрабатываются. Губки не имеют пружин (в отличие от других перечисленных выше плоскогубцев) и остаются неподвижными при отпускании.Они должны быть прочными и долговечными, поэтому стоит потратить немного больше, чтобы добиться лучшего качества. На сайтах Amazon и Rio Grande есть клещи.

    Плоскогубцы параллельные

    Рекомендации к плоскогубцам для ювелирных изделий

    Фото Название Лучшие обзоры на Amazon
    Набор плоскогубцев для ювелиров WORKPRO, 7 предметов

    «Я новичок в изготовлении ювелирных изделий, и мне потребовались хорошие инструменты, чтобы помочь с моими творениями.Они очень прочные, и я ценю пружину, которая их открывает. (Сначала я использовал заимствованный набор, и я не знаю, были ли они просто старыми или никогда не имели той пружины, но использовать их было довольно неудобно). Корпус очень красивый, и весь продукт удобен в использовании »подробнее

    Набор профессиональных мини-плоскогубцев из 8 предметов с деревянной стойкой

    «Эти плоскогубцы на самом деле довольно крутые.Сначала я был немного скептически настроен, так как мне нравится лично видеть свои плоскогубцы перед покупкой, но они великолепны. Лучше, чем некоторые из моих нынешних плоскогубцев. Они имеют хороший отскок и очень прочные, плюс очень удобная ручка. Я также люблю органайзер, он очень помогает в организации моей мастерской. Просто в качестве теста я сделал кулон, изображенный на последней фотографии, чтобы увидеть, насколько прочными могут быть эти плоскогубцы, не пережевывая проволоку. Они отлично справились. Всем рекомендую. Фантастические плоскогубцы по цене.»Подробнее

    Набор плоскогубцев для ювелиров, 5 шт., Изготовление ювелирных изделий

    «Плоскогубцы отличные. Я искал что-то среднего класса и очень доволен качеством.Я знаю, что наборы за 20 долларов — это металлический мусор, но я не хотел тратить почти 200 долларов на лучшие немецкие и американские плоскогубцы. Это будет 5 звезд, за исключением чехла на молнии, который уже был разделен. Я все равно буду делать что-нибудь еще. В целом очень доволен. «Читать дальше

    Плоскогубцы для ювелирных изделий (набор из 5 шт.)

    «Я просто любитель ювелирных украшений для друзей и семьи, поэтому мне не нужны модные инструменты.Этот набор выполняет свою работу за меня по разумной цене. Я могу разделять части, разбирать их, складывать обратно, разрезать и брать то, что мне нужно.

    Инструменты, конечно, не кричат ​​«ремесленник», поскольку концы зубцов часто даже не сбалансированы точно (см. 2-е фото), но, как я уже сказал, они не предназначены для высококлассных профессионалов. «Читать дальше

    Как партнер Amazon, мы зарабатываем на соответствующих покупках, совершенных с нашего сайта.

    Рекультивация оксида лития-кобальта из отработанных ионно-литиевых батарей для использования в качестве переработанных материалов активного катода

    Материаловедение и приложения Том 09, № 01 (2018), Идентификатор статьи: 81832, 13 стр.
    10.4236 / msa.2018.

  • Рекультивация оксида лития-кобальта из отработанных ионно-литиевых батарей для использования в качестве повторно используемых материалов активного катода

    Ракибул Кадир 1,2 * , Фахмида Гульшан 1

    1 Отдел.материалов и металлургической инженерии, Бангладешский инженерно-технологический университет, Дакка, Бангладеш

    2 Центр разработки экспериментальных установок и процессов, Совет научных и промышленных исследований Бангладеш, Дакка, Бангладеш

    Авторские права © 2018, авторы и компания Scientific Research Publishing Inc.

    Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

    http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /

    Поступила: 02.10.2017 г .; Принята в печать: 15 января 2018 г .; Опубликовано: 18 января 2018 г.

    РЕФЕРАТ

    Отработанные аккумуляторы для ноутбуков (ионно-литиевые) были собраны и разобраны вручную в ходе текущей работы. Активные электродные материалы соскабливались с медного токоприемника и полиэтиленовых сепараторов. Было обнаружено, что алюминиевые токосъемники серьезно повреждены и прикреплены к материалу электрода.Его обрабатывали NaOH, чтобы получить Al 2 O 3. Выщелачивание LiCoO 2 осуществлялось 3 M HCl с добавлением 5% H 2 O 2 при 60 ° C от очищенные материалы активного электрода (LiCoO 2 и графит) полностью оставляют графит. Со был осажден в виде гидроксида путем добавления NaOH, а затем преобразован в Со 3 O 4 . Оставшийся раствор обрабатывали насыщенным Na 2 CO 3 для получения Li 2 CO 3 в виде кристаллического осадка высокой чистоты.Извлечение Co и Li составляло 99% и 30% соответственно. Co 3 O 4 и Li 2 CO 3 были смешаны в стехиометрических пропорциях и кальцинированы при температуре около 950 ° C с подачей воздуха для успешного получения LiCoO 2 .

    Ключевые слова:

    LiCoO 2 , литий-ионная батарея (LIB), рекуперация LiCoO 2 , выщелачивание, активные катодные материалы

    1. Введение

    В современном мире технологий эффективное подключение во многом зависит от мобильности.Портативные электронные устройства, которые развивались почти по мере того, как наши электронные органы процветали на перезаряжаемых источниках энергии ― в настоящее время на литий-ионных батареях (LIB). В конструкции таких батарей используются соединения лития ― оксид лития-кобальта (LiCoO 2 ), который является наиболее популярным из них, в качестве активных катодных материалов. LiCoO 2 действует как накопитель электроэнергии при зарядке и как источник при разрядке. Этот дорогостоящий компонент становится основной опасностью для окружающей среды по истечении срока службы батареи при неправильной утилизации [1].Кобальт в таких материалах представляет угрозу для экологии, являясь тяжелым металлом. Литий, являясь взрывоопасным по своей природе в элементарной форме, несет риск случайного взрыва и выброса токсичного газа при сгорании или неправильном обращении во время неофициальной переработки [2] [3].

    LIB обычно используются в портативных компьютерах, сотовых телефонах, фотоаппаратах, аккумуляторных светильниках и многих современных бытовых приборах, а совсем недавно — в электромобилях. Предполагаемый общий объем производства 12,7 миллиардов мобильных телефонов, 94.Организация Объединенных Наций сообщила о 4 миллионах портативных компьютеров и 768,9 миллионах цифровых фотоаппаратов [4] до 2010 года. Ясно, что одинаковое количество LIB должно быть обработано после их срока службы. Только за 2016 год было зарегистрировано 4,7 миллиарда уникальных абонентов мобильной связи [5]. По оценкам, 135,98 миллиона [6] домашних абонентов мобильной связи присутствовали в середине 2017 года, что позволяет прогнозировать, что количество LIB, которые очень скоро присоединятся к потоку отходов. Ежегодно в стране потребляется около 0,3 миллиона [7] компьютеров, значительную часть из которых составляют портативные компьютеры с LIB.

    Невозможно переоценить важность извлекаемых металлов из LIB для такой страны, как Бангладеш, без первичных металлических источников, в то время как поток отсортированных электронных отходов уже нашел путь к эффективным предприятиям по переработке за рубежом. Кроме того, если ключевой ингредиент LiCoO 2 можно будет переработать на месте, внутреннее производство LIB может расширить возможности национальной экономики.

    С конца девяностых исследователи работают над разработкой возможностей вторичной переработки LIB.Термическая [8] и механическая [9] обработка были успешно опробованы. Экстракция растворителем с помощью PC-88A [10], Acorga M5640 [11] и Cyanex 272 [11] [12] дала высокие показатели извлечения, однако наличие и последующая обработка таких растворителей, а также связанные с этим затраты требуют серьезного рассмотрения. Хотя растворение N-метилпирролидоном (NMP) оказалось полезным [2] [13], авторы обнаружили трудности с выходом (испытания с DMSO также не увенчались успехом). Химическое выщелачивание органическими [14] [15] или неорганическими [16] [17] кислотами и последующее осаждение солей металлов, которые будут использоваться в качестве прекурсоров для образования активных катодных материалов, до сих пор считается наиболее привлекательным вариантом из-за низкая стоимость и простота процесса.Текущая работа использует выщелачивание HCl LiCoO 2 с помощью H 2 O 2 в качестве восстановителя после трудоемкого, но простого ручного демонтажа литий-ионных батарей из портативных компьютеров. Затем кобальт и литий пруденциально осаждали с помощью основных обработок как Co (OH) 2 (позже преобразованный в Co 3 O 4 ) и Li 2 (CO 3 ). Наконец, их смешали и прокалили, чтобы получить LiCoO 2 .

    2. Материалы и методы

    2.1. Материалы

    Отработанные аккумуляторы для ноутбуков (бренд: HP, тип: литий-ионные, 6-элементные) были собраны на местном рынке металлолома (Elephant Road, Dhanmondi, Dhaka). Химические реагенты (HCl, NaOH, H 2 O 2 и Na 2 CO 3 ), использованные в этом исследовании, были аналитической степени чистоты (Merck, Германия и Scherlue, Испания). Для всех целей использовалась деионизированная вода (pH 6,5-7,5).

    2.2. Методы

    Для оценки содержания углерода и органических веществ использовался CHNS-O (торговая марка: Thermo Fisher, модель: Flash 2000, происхождение: США).Для идентификации металлических элементов в материалах активных электродов использовался WDXRF (торговая марка: Shimadzu, модель: LAB Center XRF-1800, происхождение: Япония). Данные фазовой идентификации нескольких промежуточных продуктов и сырья были получены с использованием XRD (торговая марка: Bruker, модель: D8 Advance, происхождение: Германия). Концентрацию ионов в различных промежуточных растворах характеризовали с помощью AAS (торговая марка: Shimadzu, модель: AA7000, происхождение: Япония). A (Торговая марка: Jeol, модель: 71031SE2A, происхождение: Япония) FESEM использовался для получения микрофотографий.

    3. Экспериментальная

    3.1. Механическое прерывание

    Отработанные аккумуляторы для ноутбуков были механически сломаны плоскогубцами, чтобы отделить пластиковый корпус, разъемы, термопары и дополнительные материалы от 6-элементного блока. Каждую ячейку выгружали погружением в 5% раствор NaCl на 2 часа. Затем клетки механически разрушали под вытяжным шкафом с помощью плоскогубцев и отвертки, чтобы распутать спиральные полиэтиленовые сепараторы и электроды, которые должны были храниться на стальном поддоне внутри вытяжного шкафа для естественного высыхания в течение 3 дней.

    3.2. Разделение алюминия и активных электродных материалов

    Затем медные электроды и полиэтиленовые сепараторы соскребали вручную, чтобы максимально удалить активные электродные материалы (AEM, состоящий из графита и LiCoO 2 ). Дальнейшее соскабливание производилось мокрой щеткой полиэтиленовых сепараторов водой DM и щеткой.

    Алюминиевые электроды и присоединенный АЭМ обрабатывали 1М 500 мл NaOH. Алюминиевая фольга прореагировала с NaOH с образованием Na 2 Al 2 O 4 , и AEM отделился.Эту часть AEM снова обрабатывали 1 M 100 мл NaOH, чтобы гарантировать попадание непрореагировавшего Al в раствор. Затем раствор (всего 600 мл) фильтровали для извлечения AEM и затем промывали водой DM перед сушкой при 100 ° C в течение ночи. Фильтрат обрабатывали сухим CO 2 , барботируя через него при тщательном перемешивании. В конце концов раствор стал белым, и образовался осадок Al (OH) 3 . Было замечено, что этот процесс ускоряется в теплых (~ 50 ° C) условиях.Затем его фильтровали и промывали перед сушкой в ​​течение ночи при 100 ° C. Фильтрат снова обрабатывают сухим CO 2 для извлечения дополнительных осадков Al (OH) 3 . Сумма, полученная от этого второго лечения, была относительно небольшой. Затем он был профильтрован и высушен таким же образом. Часть фильтрата отбирали для атомно-абсорбционного спектрометра (AAS) для количественного определения любого оставшегося количества Al. Высушенный Al (OH) 3 охарактеризовали с помощью рентгеновского дифрактометра для выявления любых возможных примесей и подтверждения образования фазы (ов) Al (OH) 3 .Наконец, его обрабатывали при 600 ° C в течение 4 часов, чтобы получить Al 2 O 3 . Отделенные AEM были измельчены на шаровой мельнице до мелкой фракции. Измельченный AEM анализировали в элементном анализаторе (CHNS-O) для количественного определения количества оставшегося графита и органических материалов. Также была сделана рентгеновская флуоресценция, чтобы подтвердить тип активного катодного материала.

    3.3. Выщелачивание

    Выщелачивание и одновременное удаление графита из AEM выполняли с помощью 3 M HCl с соотношением твердого и жидкого компонентов 1:20 с добавлением 5% H 2 O 2 .Затем раствор фильтровали для попадания частиц графита на фильтровальную бумагу, которую затем промывали и сушили. Затем высушенный порошок графита анализировали с помощью XRD, чтобы подтвердить отсутствие LiCoO 2 .

    3.4. Восстановление кобальта и лития

    Часть этого раствора была проанализирована в AAS для оценки количества выщелоченных Co и Li. Остальную часть раствора обрабатывали 65 мл 4 М NaOH (на 100 мл выщелачивающего раствора) для регенерации Со в виде осажденного гидроксида кобальта при pH, близком к 11.Полученный Co (OH) 2 затем обрабатывали при 600 ° C в течение 3 часов с получением Co 3 O 4 . Оставшийся раствор конденсировали до половины начального объема при нагревании. Позже его обработали насыщенным Na 2 (CO 3 ) и некоторое время кипятили, чтобы получить осадок Li 2 CO 3 . Растворы — до и после отделения Li — также были взяты для анализа методом ААС для измерения извлечения Co и Li соответственно.

    3.5.LiCoO 2 Пласт

    Для синтеза LiCoO 2 стехиометрические пропорции Co 3 O 4 и Li 2 CO 3 были рассчитаны как 1: 1,5 (молярные) согласно следующему уравнению:

    6 Li 2 CO 3 (тв) + 4 Co 3 O 4 (тв) + O 2 (г) → Δ 12 LiCoO 2 (тв) + 6CO 2 (г)

    Набор образцов общей массой 1 г был приготовлен путем смешивания взвешенных реагентов в ступке-пестике и прессования в фильере с давлением до 20 кПа с образованием зеленых таблеток.Затем таблетки спекали в трубчатой ​​печи с подачей воздуха и без него. Циклы спекания были аналогичны рисунку 1.

    Реакция предполагает, что для проведения реакции требуется O 2 . Следовательно, более поздние эксперименты проводились с дополнительным потоком воздуха, обеспечиваемым насосом, присоединенным к трубчатой ​​печи. Таблетки характеризовали с помощью XRD после каждого периода спекания для определения образовавшихся фаз.

    4. Результаты

    Для оценки процесса восстановления и возможной потери материала электродов были измерены физические размеры токосъемников электрода и полипропиленовых сепараторов (рис. 2).

    В таблицах 1 и 2 приведены номинальные количества всех компонентов LIB.

    Рисунок 1. Цикл спекания для синтеза LiCoO 2 .

    Рисунок 2. Разделители (вверху) и электроды (внизу) LIB.

    Таблица 1. Измерения электродов и сепаратора.

    Таблица 2. Количество различных составляющих LIB.

    4.1. Идентификация материала активного электрода

    Активные электродные материалы идентифицировали с помощью рентгенофлуоресцентного анализа (XRF) (таблица 3).Это давало четкое указание на то, что активный катодный материал

    Таблица 3. Количество различных элементов в AEM.

    был богат Co, позже идентифицированным как LiCoO 2 . Литий нельзя эффективно идентифицировать с помощью XRF, поскольку он является более легким металлом (атомный номер 3). Было указание на присутствие небольших количеств Cu и Al в материале катода, возможно, из-за коррозии и процесса демонтажа-соскабливания.

    Также содержание графита оценивалось с помощью анализатора элементов (C, H, N, S, O).Присутствие незначительных количеств H, N, S и O указывало на то, что почти все использованные органические материалы были летучими, а оставшаяся часть в основном представляла собой углерод (графит). Исходя из этого результата, количество LiCoO 2 в материале электрода оценивается как 54% (круглая цифра) для использования в расчетах выщелачивания.

    4.2. Рекультивация после выщелачивания

    Результаты атомно-абсорбционной спектроскопии представлены в таблице 4.

    Показывает концентрацию ионов металлов в растворах, достигаемую на разных этапах.Позже фазы продуктов рекультивации были идентифицированы методом XRD.

    4.3. XRD анализ

    Рентгеноструктурный анализ материалов активных электродов (рис. 3) обнаружил присутствие графита (JCPDS: 65-6212) и LiCoO 2 . После удаления алюминиевого токоприемника с помощью NaOH, последующей обработки CO 2 и сушки; Образовался Al (OH) 3 (как байерит, JCPDS: 20-0011), который превратился в Al 2 O 3 (JCPDS: 50-0741) после прокаливания при 1000 ° C в течение 1 часа (Рисунок 4 ).Остаток после выщелачивания представлял собой почти чистый графит (JCPDS: 65-6212). Продуктами регенерации были Co (OH) 2 (позже кальцинированный до Co 3 O 4 (JCPDS: 73-1701) при 650 ° C в течение 1 часа) и Li 2 CO 3 (как Zabuyelite, JCPDS: 83-1454), как показано на Рисунке 5 и Рисунке 6. Co (OH) 2 имел аморфную природу, в результате чего кристаллическая структура не была получена на XRD.

    Образование LiCoO 2 при 950˚C в течение разных временных периодов (6, 12, 18 часов) показало разные сценарии (Рисунок 7).Без воздуха 6-часовая обработка показала образование менее кристаллического LiCoO 2 (JCPDS: 50-0653) и примесной фазы, возможно, LiAlO 2 (JCPDS: 33-0776), образовавшейся в контакте с фарфоровой лодочкой. После импровизации дополнительного слоя Al 2 O 3 под зеленой таблеткой, 12-часовая обработка показала много кристаллического LiCoO 2 и Co 3 O 4 (JCPDS: 73-1701) и некоторые неидентифицируемые примеси. фаза — как показатель потери Li 2 CO 3 и неполной реакции.В результате 18-часовой обработки были получены LiCoO 2 , Co 3 O 4 и CoO (JCPDS: 77-7548). На этом этапе казалось убедительным, что дальнейшая обработка никогда не приведет к полной конверсии в LiCoO 2 , поскольку существует дефицит Li и возможная тенденция Co 3 O 4 со временем превращаться в CoO в условиях обработки. .

    Рис. 3. Спектры XRD активных катодных материалов LIB до и после выщелачивания.

    Рис. 4. XRD-спектры экстракции алюминия в оксид алюминия.

    Рис. 5. Рентгеноструктурные спектры синтеза оксида кобальта.

    Рис. 6. XRD-спектры синтеза карбоната лития.

    Рис. 7. XRD-спектры синтеза LiCoO 2 без воздуха.

    Таблица 4. Нормализованные данные ААС решений, полученных на разных этапах.

    Воздухом, 6-часовая обработка при 950 ° C показала полное кристаллическое образование LiCoO 2 (JCPDS: 50-0653) без заметных примесей (рис. 8).Продукт оставался тем же самым в более поздних экспериментах с продолжительностью до 12 и 18 часов.

    4.4. SEM микрофотографии

    СЭМ-микрофотографии, показанные на рисунке 9, показывают зерна неправильной формы синтезированных частиц LiCoO 2 по всему спеченному телу.

    5. Обсуждение

    Процесс демонтажа оказался эффективным, несмотря на трудоемкость процедуры, требующей очень небольшой сложности. Само собой разумеется, что требования техники безопасности при демонтаже технологического вытяжного шкафа, защитных очков, перчаток и т. Д.поддерживались по мере необходимости.

    Было замечено, что этап разгрузки ячеек в солевом растворе инициировал некоторую утечку (через вентиляционное отверстие ячейки) в солевой раствор и изменил цвет раствора на коричнево-оранжевый. Через некоторое время растворенное вещество выпадает в осадок и может быть эффективно отфильтровано. Предполагалось, что это обычно используемый электролит (LiPF6), растворенный в растворителе этилен / диметилкарбонат (EC / DMC), но это предположение не могло быть проверено, поскольку количество фильтрата было очень маленьким и он не показал никаких кристаллических пиков в XRD.

    Было обнаружено, что перемешивание в воде или обработка ультразвуком плохо влияют на отделение материалов электродов от металлических электродов и полимерных сепараторов. Даже когда для удаления связующего из ПВДФ использовался растворитель ДМСО, обработка ультразвуком приводила к отделению мелких металлических частиц. В результате соскабливание было сочтено оптимистичным способом.

    Рис. 8. XRD-спектры LiCoO 2 Синтез на воздухе.

    Рисунок 9.СЭМ-микрофотографии синтезированного LiCoO 2 .

    Разделение медных электродов было очень легким, поскольку они содержали в основном графит с обеих сторон, в отличие от алюминиевых электродов, содержащих графит, а также LiCoO 2 , наклеенных органическим связующим. Что касается полиэтиленовых сепараторов, процесс соскабливания был промежуточным успешным, оставив приличное количество графита и LiCoO 2 на обеих сторонах. Позже его соскребли мокрым способом. Алюминиевые электроды ― в большинстве случаев сильно корродировались и покрывались пузырями; возможно, из-за быстрой зарядки / разрядки блока ячеек при фактическом использовании.Также по той же причине полиэтиленовые сепараторы в некоторых случаях получили черные оттенки на стороне LiCoO 2 . В некоторых местах алюминиевые электроды и AEM сильно прилегали к полиэтиленовым сепараторам, возможно, из-за сильного тепла, выделяемого из-за быстрой зарядки / разрядки. Следовательно, чистка щеткой не способствовала отделению АЭМ от алюминиевых электродов. И незначительное количество АЭМ застряло в полиэтиленовых сепараторах даже после обработки щеткой.

    Механическое повреждение узла ячейки, а затем и ячеек, легко поставляемых многоразовой или перерабатываемой медной фольги, полиэтиленовых сепараторов, стальных кожухов и пластика (полиэтилена, полипропилена, бакелита и т. Д.).) порции. После процесса выщелачивания был получен почти чистый графит, который также может найти множество применений. Обработка катода NaOH растворила Al и позже была извлечена барботированием CO 2 . Прокаленный Al (OH) 3 превратился в Al 2 O 3 , который имеет более высокую коммерческую ценность.

    В ходе экспериментов было обнаружено, что без измельчения полное выщелачивание LiCoO 2 затруднено, так как он задерживается внутри графита.Листовая слоистая структура графита также может способствовать этому эффекту, улавливая внутри ионы Li + как из электролита, так и из продукта реакции AEM из цикла зарядки / разрядки. Следовательно, AEM был измельчен до штрафов.

    Данные AAS подтверждают, что алюминиевый токоприемник был эффективно удален с катода. Что касается ионов кобальта и лития, полученных в результате выщелачивания LiCoO 2 , 99% Co и 30% Li могут быть успешно извлечены с помощью процессов выщелачивания и регенерации.Извлечение Li было низким из-за некоторых технологических факторов. Растворимость Li 2 CO 3 в воде уменьшается с повышением температуры. Не было четких указаний на завершение образования Li 2 CO 3 при температуре около 100 ° C. Последующая фильтрация также включала отверждение некоторых кристаллов NaCl на фильтровальной бумаге вместе с Li 2 CO 3 , поскольку раствор уже был очень богат ионами Na + и Cl —.Осадки промывали не менее 5 раз кипящей деионизированной водой для удаления NaCl. Попутно некоторые Li 2 CO 3 были потеряны в процессе. Хотя извлечение Li 2 CO 3 было меньше, чистота (подтвержденная XRD) была очень высокой.

    Образование LiCoO 2 зависит от различных параметров, таких как состав, окружающая среда, скорость нагрева и т. Д. Исследователи [18] [19] сформировали LiCoO 2 из различного сырья при температуре выше 800 ° C с разной продолжительностью времени ( около 24 часов).Поэтому для проверки результатов был выбран простой цикл спекания.

    Добавление воздуха в трубчатую печь дало потрясающие результаты. Образование LiCoO 2 было завершено во всех образцах. Можно предположить, что в таких условиях образование LiCoO 2 может быть завершено даже за меньшее время. Авторы надеются провести электрохимические испытания для измерения обратимой емкости повторно синтезированного LiCoO 2 в качестве будущих исследований.Было замечено, что фарфоровые лодочки (сделанные из каолинитовой глины, формы алюмосиликатов) вступают в реакцию с солями лития с образованием алюминатов или силикатов при контакте с зеленой таблеткой. Следовательно, позже на фарфоровые лодочки под зеленой таблеткой (таблетками) был нанесен слой порошка α-Al 2 O 3 .

    6. Заключение

    В этом исследовании сборка литий-ионной батареи была вручную разбита на составляющие электроды, сепараторы и другие компоненты. Проверенный процесс регенерации Li и Co был исследован путем выщелачивания с HCl и осаждения соединений Li и Co с помощью основных обработок.Соединения (Li 2 (CO 3 ) и Co 3 O 4 ) были эффективно использованы для синтеза LiCoO 2 простой термической обработкой. Различные методы определения характеристик доказали, что этот процесс эффективен, прост и экономичен.

    Благодарности

    Работа полностью проводилась в лаборатории термообработки, экспериментальной установке и центре разработки процессов, Совет научных и промышленных исследований Бангладеш (BCSIR), Дакка.Авторы выражают огромную благодарность доктору Абдулу Гафуру, PSO, IFRD, BCSIR и доктору А.С.В. Курни, профессору кафедры MME, BUET за их обширную помощь. Департамент GCE, BUET и BCSIR Laboratories, Дакка, IFRD, INARS и BTRI, BCSIR также оказал аналитическую поддержку.

    Цитируйте эту статью

    Кадир Р. и Гульшан Ф. (2018) Рекультивация оксида лития-кобальта из отработанных ионно-литиевых батарей для использования в качестве повторно используемых материалов активного катода. Материаловедение и приложения, 9, 142-154.https://doi.org/10.4236/msa.2018.

  • Список литературы

    1. 1. Мукерджи, Р., Кришнан, Р., Лу, Т.М. и Кораткар Н. (2012) Наноструктурированные электроды для мощных литий-ионных батарей. Нано Энергия, 1, 518-533. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.04.001

    2. 2. Контестабиле, М., Панеро, С. и Скросати, Б. (1999) Процесс переработки литиевых батарей в лабораторных условиях 1. Journal of Power Sources, 83, 75-78. Https://doi.org/ 10.1016 / S0378-7753 (99) 00261-X

    3. 3.Лупи, К. и Паскуали, М. (2003) Электролитическое восстановление никеля из литий-ионных батарей. Минеральное дело, 16, 537-542. https://doi.org/10.1016/S0892-6875(03)00080-3

    4. 4. Wanger, T.C. (2011) Литиевые ресурсы будущего, переработка и окружающая среда. Письма о сохранении, 4, 202-206. https://doi.org/10.1111/j.1755-263X.2011.00166.x

    5. 5. GSMA (2016) Отчет о влиянии мобильной индустрии за 2016 год: цели в области устойчивого развития.

    6. 6.BTRC (2017) Комиссия по регулированию электросвязи Бангладеш Правительство Народной Республики Бангладеш.

    7. 7. Рахман М.А. (2012) Управление электронными отходами. Стоимость манаг., 45, 28-35.

    8. 8. Кастильо, С., Ансарт, Ф., Лаберти-Роберт, К. и Портал, Дж. (2002) Достижения в области восстановления отработанных соединений литиевых батарей. Журнал источников энергии, 112, 247-254. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(02)00361-0

    9. 9. Саэки, С., Ли, Дж., Чжан, К. и Сайто, Ф. (2004) Совместное измельчение LiCoO2 с ПВХ и водным выщелачиванием хлоридов металлов, образующихся в измельченном продукте. Международный журнал по переработке полезных ископаемых, 74, S373-S378. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2004.08.002

    10. 10. Чжан П., Ёкояма Т., Итабаши О., Вакуи Ю., Судзуки Т.М. и Иноуэ, К. (1998) Гидрометаллургический процесс восстановления металлических ценностей из отработавших никель-металлогидридных вторичных батарей. Гидрометаллургия, 50, 61-75. https: // doi.org / 10.1016 / S0304-386X (98) 00046-2

    11. 11. Нан, Дж., Хань, Д. и Цзо, X. (2005) Восстановление значений металлов из разряженных литий-ионных батарей с помощью химического осаждения и экстракции растворителем. Журнал источников энергии, 152, 278-284. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2005.03.134

    12. 12. Дорелла Г. и Мансур М. Б. (2007) Исследование отделения кобальта от отработанных остатков литий-ионных аккумуляторов. Журнал источников энергии, 170, 210-215. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.04.025

    13. 13. Шува, М.А.Х. и Курный А. (2013) Гидрометаллургическое извлечение ценных металлов из отработавших ионно-литиевых батарей. Являюсь. J. Mater. Англ. Technol., 1, 8-12.

    14. 14. Наяка, Г.П., Манджанна, Дж., Пай, К.В., Вадави, Р., Кени, С.Дж. и Трипати, В. (2015) Восстановление ценных ионов металлов из отработанной литий-ионной батареи с использованием водной смеси мягких органических кислот в качестве альтернативы минеральным кислотам. Гидрометаллургия, 151, 73-77. https: // doi.org / 10.1016 / j.hydromet.2014.11.006

    15. 15. Li, L., et al. (2012) Восстановление кобальта и лития из разряженных литий-ионных батарей с помощью аскорбиновой кислоты. Журнал источников энергии, 218, 21-27. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.06.068

    16. 16. Lee, C.-K. и Ри, К. (2002) Получение LiCoO2 из разряженных литий-ионных батарей. Журнал источников энергии, 109, 17-21. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(02)00037-X

    17. 17. Шин, С.М., Ким, Н.Х., Сон, Д.С., Янг, Д.Х., Ким, Ю.Х. (2005) Разработка процесса восстановления металлов из отходов литий-ионных аккумуляторов. Гидрометаллургия, 79, 172-181. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2005.06.004

    18. 18. Суреш, П., Родригес, С., Шукла, А.К., Шивашанкар, С.А. и Муничандрайя, Н. (2002) Синтез LiCo1-xNixO2 из способа сжигания в низкотемпературном растворе и характеристика. Журнал источников энергии, 112, 665-670. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(02)00472-X

    19. 19.Ли, Дж., Чжао, Р., Хе, X. и Лю, Х. (2009) Получение катодных материалов LiCoO2 из разряженных литий-ионных батарей. Ионика, 15, 111-113. https://doi.org/10.1007/s11581-008-0238-8

    Определение характеристик электродных материалов для литий-ионных и натрий-ионных батарей с использованием методов синхротронного излучения

    J Vis Exp. 2013; (81): 50594.

    , 1 , 1 , 1 , 2 , 1 , 3 , 1 , 1 , 1 , 4 и 5

    Марка М.Doeff

    1 Отдел экологических энергетических технологий, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

    Гуойинг Чен

    1 Отдел экологических энергетических технологий, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

    Джорди Кабана

    1 Отдел экологических энергетических технологий, Лоуренс Беркли Лаборатория

    2 Химический факультет Иллинойского университета в Чикаго

    Томас Дж. Ричардсон

    1 Отдел экологических энергетических технологий, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

    Апурва Мета

    3 Стэнфордский синхротрон Мона Ширпур

    1 Отдел экологических энергетических технологий, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

    Хьюз Дункан

    1 Отдел экологических энергетических технологий, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

    910 88 Чунджун Ким

    1 Отдел экологических энергетических технологий, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

    Кинсон К.Кам. Чикаго

    3 Стэнфордский источник синхротронного излучения

    4 Haldor Topsøe A / S

    5 PolyPlus Battery Company

    Copyright © 2013, Journal of Visualized Experiments Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

    Abstract

    Интеркаляционные соединения, такие как оксиды или фосфаты переходных металлов, являются наиболее часто используемыми электродными материалами в литий-ионных и Na-ионных батареях. Во время введения или удаления ионов щелочного металла окислительно-восстановительные состояния переходных металлов в соединениях изменяются, и происходят структурные превращения, такие как фазовые переходы и / или параметр решетки, увеличивается или уменьшается. Это поведение, в свою очередь, определяет важные характеристики аккумуляторов, такие как потенциальные профили, номинальные характеристики и продолжительность цикла.Чрезвычайно яркие и настраиваемые рентгеновские лучи, создаваемые синхротронным излучением, позволяют быстро получать данные с высоким разрешением, которые предоставляют информацию об этих процессах. Преобразования в объемных материалах, такие как фазовые переходы, можно непосредственно наблюдать с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD), в то время как спектроскопия поглощения рентгеновских лучей (XAS) дает информацию о локальных электронных и геометрических структурах ( например, изменений в окислительно-восстановительных состояниях). и длины облигаций). In situ. экспериментов, проведенных на рабочих ячейках, особенно полезны, поскольку они позволяют установить прямую корреляцию между электрохимическими и структурными свойствами материалов.Эти эксперименты занимают много времени и могут быть сложными для проектирования из-за реакционной способности и чувствительности к воздуху анодов из щелочных металлов, используемых в конфигурациях полуэлементов, и / или возможности интерференции сигналов от других компонентов и оборудования ячейки. По этим причинам в некоторых случаях целесообразно провести экспериментов ex situ, (, например, на электродах, взятых из частично заряженных или циклических клеток). Здесь мы представляем подробные протоколы для подготовки образцов ex situ и in situ для экспериментов с использованием синхротронного излучения и демонстрируем, как эти эксперименты проводятся.

    Ключевые слова: Physics, Issue 81, X-Ray Absorption Spectroscopy, X-Ray Diffraction, неорганическая химия, электрические батареи (приложения), накопление энергии, электродные материалы, литий-ионный аккумулятор, Na-ионный аккумулятор, рентгеновское излучение. Абсорбционная спектроскопия (XAS), in situ Дифракция рентгеновских лучей (XRD)

    Введение

    Литий-ионные батареи для бытовой электроники в настоящее время занимают во всем мире рынок объемом 11 миллиардов долларов (http://www.marketresearch.com/David-Company- v3832 / Lithium-Ion-Batteries-Outlook-Alternative-6842261 /) и являются лучшим выбором для новых автомобильных приложений, таких как подключаемые гибридные электромобили (PHEV) и электромобили (EV).Аналоги этих устройств, в которых используются ионы натрия, а не литий, находятся на ранних стадиях разработки, но считаются привлекательными для крупномасштабного накопления энергии (, т.е. сетевых приложений), исходя из соображений стоимости и безопасности поставок 1, 2 . Обе системы двойной интеркаляции работают по одному и тому же принципу; Ионы щелочных металлов перемещаются между двумя электродами, выступая в качестве основных структур, которые претерпевают процессы внедрения при различных потенциалах. Сами электрохимические ячейки относительно просты и состоят из составных положительных и отрицательных электродов на токосъемниках, разделенных пористой мембраной, насыщенной электролитическим раствором, обычно состоящим из соли, растворенной в смеси органических растворителей ( Рисунок 1 ).Графит и LiCoO 2 являются наиболее часто используемыми отрицательными и положительными электродами соответственно для литий-ионных батарей. Также было разработано несколько альтернативных электродных материалов для конкретных применений, включая варианты шпинели LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 со структурой оливина и NMC (LiNi x Mn x Co 1-2x O 2 соединений) для позитивов и твердых углеродов, Li 4 Ti 5 O 12 и сплавы лития с оловом для негативов 3 .Высоковольтные материалы, такие как LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 , новые материалы высокой емкости, такие как слоисто-слоистые композиты (, например, xLi 2 MnO 3 · (1-x) LiMn 0,5 Ni 0,5 O 2 ), соединения с переходными металлами, которые могут претерпевать многократные изменения в окислительно-восстановительных состояниях, и аноды из сплава Li-Si в настоящее время являются предметом интенсивных исследований и, в случае их успешного развертывания, должны повысить практическую плотность энергии литий-ионных элементов. дальше.Другой класс материалов, известный как преобразовательные электроды, в которых оксиды, сульфиды или фториды переходных металлов обратимо восстанавливаются до металлического элемента и соли лития, также рассматривается для использования в качестве электродов батареи (в основном в качестве замены анодов) 4 . Для устройств на основе натрия исследуются твердые углеродные сплавы, структуры NASICON и титанаты для использования в качестве анодов и различных оксидов переходных металлов и полианионных соединений в качестве катодов.

    Поскольку литий-ионные и натриево-ионные аккумуляторы не имеют фиксированного химического состава, их рабочие характеристики значительно различаются в зависимости от используемых электродов.Редокс-поведение электродов определяет потенциальные профили, скоростные возможности и срок службы устройств. Обычные методы порошковой дифракции рентгеновских лучей (XRD) могут использоваться для первоначальной структурной характеристики нетронутых материалов и измерений ex situ циклических электродов, но практические соображения, такие как низкий уровень сигнала и относительно длительное время, необходимое для сбора данных, ограничивают количество информации, которую можно получить о процессах разряда и заряда.Напротив, высокая яркость и короткие длины волн синхротронного излучения (, например, λ = 0,97 Å на линии 11-3 Стэнфордского источника синхротронного излучения) в сочетании с использованием высокопроизводительных детекторов изображений позволяют получать данные с высоким разрешением на образцы всего за 10 секунд. In situ работа выполняется в режиме передачи на компонентах элемента, подвергающихся заряду и разряду в герметично закрытых пакетах, прозрачных для рентгеновских лучей, без необходимости останавливать работу для сбора данных.В результате структурные изменения электродов можно наблюдать как «моментальные снимки во времени» по мере циклов ячейки, и можно получить гораздо больше информации, чем с помощью традиционных методов.

    Спектроскопия рентгеновского поглощения (XAS), также иногда называемая тонкой структурой поглощения рентгеновских лучей (XAFS), дает информацию о локальной электронной и геометрической структуре материалов. В экспериментах XAS энергия фотонов настраивается на характерные края поглощения конкретных исследуемых элементов.Чаще всего для материалов батарей эти энергии соответствуют K-краям (1s-орбиталям) интересующих переходных металлов, но эксперименты с мягким XAS настроены на O, F, C, B, N и края L 2,3 . Переходные металлы первого ряда также иногда проводят на ex situ образцах 5 . Спектры, полученные в результате экспериментов XAS, можно разделить на несколько отдельных областей, содержащих различную информацию (см. Newville, M., Основы XAFS, http://xafs.org/Tutorials?action=AttachFile&do=get&target=Newville_xas_fundamentals.pdf). Основной особенностью, состоящей из края поглощения и простирающейся примерно на 30-50 эВ за его пределы, является область ближней краевой структуры поглощения рентгеновских лучей (XANES), которая указывает порог ионизации для состояний континуума. Он содержит информацию о степени окисления и координационной химии поглотителя. Часть спектра с более высокой энергией известна как область расширенной тонкой структуры поглощения рентгеновских лучей (EXAFS) и соответствует рассеянию выброшенного фотоэлектрона на соседних атомах.Фурье-анализ этой области дает краткосрочную структурную информацию, такую ​​как длины связей, а также количество и типы соседних ионов. Иногда также появляются предреберные особенности ниже характерных энергий поглощения некоторых соединений. Они возникают из-за дипольных запрещенных электронных переходов в пустые связанные состояния для октаэдрической геометрии или эффектов дипольной разрешенной орбитальной гибридизации в тетраэдрических формах и часто могут быть коррелированы с локальной симметрией поглощающего иона (, например, независимо от того, координирован ли он тетраэдрически или октаэдрически) 6 .

    XAS — это особенно полезный метод для изучения смешанных металлических систем, таких как NMC, для определения начальных окислительно-восстановительных состояний и того, какие ионы переходных металлов подвергаются окислительно-восстановительным процессам во время процессов делитирования и литирования. Данные по нескольким различным металлам можно быстро получить в одном эксперименте, и их интерпретация достаточно проста. Напротив, мессбауэровская спектроскопия ограничивается лишь несколькими металлами, используемыми в материалах батарей (в первую очередь, Fe и Sn).Хотя магнитные измерения также можно использовать для определения степени окисления, эффекты магнитной связи могут усложнить интерпретацию, особенно для сложных оксидов, таких как NMC.

    Хорошо спланированные и выполненные in situ и ex situ эксперименты на синхротроне XRD и XAS дают дополнительную информацию и позволяют сформировать более полную картину структурных изменений, происходящих в материалах электродов во время нормальной работы батареи, чем то, что может быть полученные обычными методами.Это, в свою очередь, дает лучшее понимание того, что определяет электрохимическое поведение устройств.

    Протокол

    1. Планирование экспериментов

    1. Определите интересующие эксперименты на линии пучка. Обратитесь к веб-страницам линии луча в качестве руководства. Для SSRL XAS и XRD это: http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl4-1/ и http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl4-3/ и http://www-ssrl.slac.stanford.edu/beamlines/bl11-3/

      1. Свяжитесь с ученым, занимающимся лучом, и обсудите детали эксперимента.

    2. Сроки и требования к подаче предложений уточняйте на соответствующем сайте.

    3. Напишите предложение по времени луча и отправьте.

    4. После того, как предложение будет оценено, запланируйте время пучка.

    5. Следуйте инструкциям, предоставленным предприятием, чтобы подготовиться к времени луча. Обдумайте детали эксперимента, транспортировку материалов (особенно устройств, содержащих щелочные металлы) и оборудования, а также любые вопросы безопасности.Обучение технике безопасности обычно требуется для новых пользователей.

    2. Подготовка материалов, электродов и ячеек

    1. Синтезируйте или получите интересующий активный материал.

    2. Определите материал с помощью стандартной порошковой дифракции рентгеновских лучей, используя шаги 2.2.1–2.2.9.

      1. Измельчите порошок и просейте его через сито для обеспечения равномерного гранулометрического состава.

      2. Загрузите образец в держатель образца. Снимите заднюю панель с держателя и поместите ее напротив предметного стекла.Заполните полость порошком, затем прикрепите заднюю пластину, переверните держатель и снимите слайд. Это гарантирует, что порошок равномерно прилегает к поверхности держателя и что поверхность ровная.

      3. Авторизация на дифрактометре.

      4. Вставьте держатель образца в дифрактометр и выровняйте.

      5. Закройте дверцы дифрактометра.

      6. С помощью программы Data Collector на компьютере, подключенном к дифрактометру Panalytical, увеличьте напряжение и ток до значений, подходящих для измерения.Выберите щели и маски пучка для эксперимента. Выберите или измените программу для сканирования.

      7. Запустите программу и назовите файл данных. Заблокируйте дверцы дифрактометра, проведя по значку, когда программа предложит. Собирать информацию.

      8. Анализируйте паттерн с помощью программы High Score. В частности, обратите внимание на наличие примесей (лишних отражений) и соответствие рисунка образцу стандартных образцов или расчетному рисунку.

      9. Снимите образец с дифрактометра.Уменьшите ток и напряжение и закройте двери. Выйдите из системы, отметив необычные условия.

    3. Получите микрофотографии с помощью сканирующего электронного микроскопа для оценки морфологии частиц, используя шаги 2.3.1–2.3.10.

      1. Подготовьте образец, прикрепив углеродную ленту к алюминиевому стержню и посыпав порошком образца на липкую сторону. Проверьте на магнетизм, удерживая кухонный магнит над образцом.

      2. Вставьте образец в камеру SEM через воздушный шлюз.

      3. После создания вакуума включите ускоряющее напряжение.

      4. В режиме малого увеличения отрегулируйте контрастность и яркость. Удобнее всего это делать с помощью кнопки ACB.

      5. Найдите интересующую область путем сканирования вручную в направлениях x и y.

      6. Переключитесь в режим SEM или режим слабого луча, если требуется большее увеличение. Выберите желаемый детектор и установите рабочее расстояние на значения, подходящие для эксперимента.

      7. Отрегулируйте контрастность и яркость с помощью ручки ACB.

      8. Сфокусируйте изображение с управлением по оси z.

      9. Выровняйте луч, скорректируйте астигматизм и сфокусируйтесь с помощью ручек x и y.

      10. Сделайте желаемые снимки, используя кнопку фото, и сохраните их в соответствующей папке на компьютере.

      11. По окончании отключите ускоряющее напряжение. Переместите образец в положение обмена и удалите из камеры через воздушный шлюз.

    4. Проведите элементный анализ с помощью ICP, если необходимо, и охарактеризуйте материалы любыми другими необходимыми методами, такими как ИК или рамановская спектроскопия.

    5. Изготовьте электроды, используя шаги 2.5.1–2.5.8.

      1. Приготовьте раствор 5-6% (масс.) Поливинилиденфторида (ПВДФ) в N-метилпиролидиноне (NMP).

      2. Измельчите вместе активный материал и проводящую добавку (ацетиленовая сажа, графит, и т. Д. .).

      3. Добавьте раствор NMP из шага 2.3.1 к сухому порошку из шага 2.3.2 и перемешайте. Пропорции варьируются в зависимости от природы активного материала, но конечный сухой состав 80:10:10 (активный материал: PVDF: проводящая добавка) является обычным.

      4. С помощью ракельного ножа и (необязательно) вакуумного стола нанесите суспензию электрода на токосъемник из алюминия или меди. Алюминиевая фольга с углеродным покрытием может использоваться для катодных материалов литий-ионных аккумуляторов и всех материалов натрий-ионных электродов, а медная фольга используется для литий-ионных анодных материалов.

      5. Дайте электродам высохнуть на воздухе.

      6. Просушите электроды, используя инфракрасную лампу, электрическую плиту или вакуумную печь.

      7. Обрежьте или проткните электроды нужного размера.Взвесьте электроды.

      8. Перенести электроды в перчаточный ящик с инертной атмосферой. Для удаления всей остаточной влаги рекомендуется дополнительная стадия сушки с использованием передающей камеры с вакуумным обогревом, прикрепленной к перчаточному ящику.

    6. Соберите электрохимические устройства (обычно плоские элементы, но для электрохимической характеристики можно использовать и другие конфигурации) для первоначальной характеристики, образцов ex situ, и / или экспериментов с линиями пучка, используя шаги 2.6.1–2.6.7.

      1. Соберите все необходимые компоненты в перчаточном ящике с инертной атмосферой.

      2. Отрежьте литиевую или натриевую фольгу до нужного размера.

      3. Обрежьте микропористый сепаратор до желаемого размера.

      4. Расположите компоненты в устройстве в указанном порядке: электрод, сепаратор, раствор электролита и фольга из лития или натрия.

      5. При необходимости добавьте проставки и волнистые шайбы.

      6. Запечатайте ячейку с помощью пресса для монетных элементов.

      7. Для экспериментов in situ XRD прикрепите язычки с обеих сторон монетной ячейки и запечатайте устройство в мешочке из полиэстера.

    7. Проведите электрохимический эксперимент для первоначальной характеристики или ex situ работы, используя шаги 2.7.1–2.7.6.

      1. Подсоедините провода от потенциостата / гальваностата или циклера к устройству и измерьте потенциал холостого хода.

      2. Напишите программу для желаемого электрохимического эксперимента или выберите программу из архива.

      3. Провести эксперимент и собрать данные.

      4. Для экспериментов ex situ разберите устройство в перчаточном ящике, стараясь не замкнуть его. Для монетных элементов используйте либо инструмент для разборки монетных элементов, либо плоскогубцы, обмотанные тефлоновой лентой.

      5. Промойте электроды диметилкарбонатом для удаления остатков соли электролита. Дайте им высохнуть.

      6. Накройте электроды для исследования ex situ пленкой из каптона для экспериментов XRD или скотчем для XAS и храните в перчаточном ящике до проведения эксперимента.

    8. Порошки, предназначенные для исследования с помощью XAS, следует просеять, чтобы гарантировать однородность размера частиц. Затем их можно насыпать на несколько кусочков скотча. Затем можно приготовить серию образцов, сложив вместе все больше и больше кусочков порошковой ленты. Это особенно полезно, если пользователь не уверен в количестве порошка, необходимом для оптимального сигнала.

      1. В качестве альтернативы порошки для измерений XAS могут быть разбавлены BN, если пользователь уверен в том, что приведет к оптимальному сигналу.

    3. Проведение экспериментов на синхротронной установке

    1. За несколько дней до начала эксперимента запланируйте транспортировку материалов и оборудования на установку.

      1. Для устройств, содержащих аноды из щелочных металлов, требуется транспортировка во избежание опасностей, связанных с транспортировкой в ​​личном или общественном транспорте.

      2. Оборудование, такое как переносные гальваностаты / потенциостаты и портативные компьютеры, а также неопасные образцы, такие как электроды для работы ex situ , могут быть доставлены на объект лицом, проводящим эксперименты, любым удобным способом.

    2. Зарегистрируйтесь и зарегистрируйтесь на объекте.

    3. Для экспериментов in situ и ex situ XRD возьмите эталонный образец LaB 6 для калибровки.

      1. Обратитесь к специалисту по лучу и персоналу за инструкциями.

      2. Откалибруйте луч, чтобы найти правильные условия луча.

      3. Измерить эталонный образец LaB 6 .

    4. Для экспериментов in situ XRD настройте устройство и начните эксперимент, выполнив шаги 3.4.1-3.4.6.

      1. Вставьте пакет в алюминиевые прижимные пластины и убедитесь, что отверстия правильно совмещены для прохождения рентгеновского луча.

      2. Найдите оптимальное положение луча и время экспозиции. Продолжительное воздействие может привести к перенасыщению. Решите, будет ли образец раскачиваться или неподвижен.

      3. Возьмите исходный образец перед началом электрохимии.

      4. Подсоедините провода от гальваностата / потенциостата к устройству.

      5. Начать электрохимический эксперимент.

      6. Получить данные. После начала эксперимента сбор данных происходит автоматически, и пользователю нужно только наблюдать, чтобы убедиться, что эксперимент идет по плану.

    5. Настройка экспериментов XAS.

      1. Зарегистрируйтесь и свяжитесь с исследователем и персоналом для получения инструкций.

      2. Вставьте образец и фольгу для сравнения (в зависимости от измеряемого металла; например, Ni для Ni K кромки).

      3. Выровняйте образец.

      4. Определите энергию определенной металлической кромки с помощью программы IFEFFIT Hephaestus. Настройте монохроматор, затем отрегулируйте примерно на 30%, чтобы устранить гармоники более высокого порядка. Измените коэффициенты усиления, чтобы отрегулировать смещения I 1 и I 2 .

      5. Проведите измерение. Необходимо сделать два или более сканирования и объединить их для интересующего элемента.

      6. При необходимости повторите шаги 3.5.3–3.5.5 для дополнительных элементов.

    4.Анализ данных

    1. Для работы с XRD откалибруйте изображение LaB 6 .

      1. Download Area Diffraction Machine, который доступен через код Google (http://code.google.com/p/areadiffractionmachine/).

      2. Откройте изображение для дифракции LaB 6 и используйте начальные значения калибровки из заголовка файла.

      3. Откройте эталонные значения Q (= 2π / d) для LaB 6 .

      4. Откалибруйте дифракционное изображение LaB 6 со значениями Q и первоначальным предположением калибровочных значений .

      5. Получите правильные значения калибровки путем подгонки изображения.

      6. Сохраните значения калибровки в файл калибровки.

    2. Откалибруйте изображения данных эксперимента.

      1. Откройте дифракционные изображения эксперимента.

      2. Откройте файл калибровки из эталона LaB 6 (сохраненного на шаге 4.1.6).

      3. Откройте эталонные значения Q (= 2π / d) для Al или Cu (токосъемники для электродов) и используйте их в качестве внутренних эталонов.

      4. Откалибруйте изображения узоров путем подгонки изображений.

      5. Интегрируйте изображение в данные Q в зависимости от интенсивности (линейное сканирование).

      6. Подгоните шаблоны, используя желаемую программу подгонки (CelRef, Powdercell, RIQAS, GSAS, и т. Д. .).

    3. Обработайте электрохимические данные с помощью любой удобной программы для построения графиков (Excel, Origin, KaleidaGraph, Igor, и т. Д. .).

    4. Для данных XAS используйте ARTEMIS / ATHENA в пакете программного обеспечения IFEFFIT для анализа.

      1. Калибровка данных с использованием первого пика производной спектров поглощения эталонных металлов.

      2. Слияние сканов.

      3. Вычесть фон и нормализовать данные.

      4. Используйте функцию AUTOBK, чтобы изолировать данные EXAFS.

      5. Преобразование Фурье данных EXAFS.

      6. Используйте метод наименьших квадратов для преобразованных Фурье спектров в пространстве R или k для извлечения структурной информации.

    Типичные результаты

    На рисунке 2 показана типичная последовательность, используемая для эксперимента in situ . После синтеза и определения характеристик порошков активного материала, композитные электроды готовят из суспензий, содержащих активный материал, связующее, такое как поливинилиденфторид (PVDF), и проводящие добавки, такие как углеродная сажа или графит, суспендированные в N-метилпирролидиноне (NMP), залитые на них. токосъемники из алюминиевой или медной фольги.Алюминий используется для катодов литий-ионных аккумуляторов и всех электродов ионно-натриевых аккумуляторов, а медь используется для анодов литий-ионных аккумуляторов. После того, как электроды высушены, разрезаны и взвешены, элементы собираются в перчаточном боксе с инертной атмосферой с использованием микропористых сепараторов, соответствующих электролитических растворов и отрицательных электродов, состоящих из фольги Li или Na. Затем эти компоненты герметично закрываются в защитный чехол из полиэстера, который не пропускает воздух и достаточно прозрачен для рентгеновских лучей.Алюминиевые и никелевые вкладыши используются для электрических контактов с положительным и отрицательным электродами соответственно. Алюминиевые вкладки привариваются ультразвуком к катодным токосъемникам, в то время как мягкий металл Li или Na, используемый в качестве анода, просто прижимается к никелевому язычку, чтобы войти в контакт. Для поддержания давления ячейка-пакет сжимается между двумя металлическими пластинами с прорезанными в них отверстиями диаметром 2 мм для пропускания рентгеновских лучей. Плохой контакт между компонентами ячейки может привести к высоким перенапряжениям и преждевременному отключению, особенно если пределы напряжения не отрегулированы с учетом дополнительного перенапряжения, возникающего в этой конфигурации.С другой стороны, чрезмерное давление может вызвать короткое замыкание ячейки и провал эксперимента. Лучшее управление давлением достигается, когда компоненты сначала собираются в монетный элемент с небольшими отверстиями, просверленными в корпусах и прокладках, который затем запечатывается в защитный чехол после прикрепления язычков. Волнистые шайбы и распорки используются для заполнения любого лишнего объема в устройстве, поддержания давления и обеспечения хорошего контакта между компонентами.

    Затем для проведения электрохимического эксперимента и сбора данных на линии луча используются небольшой портативный потенциостат / гальваностат и портативный компьютер.Один цикл заряда-разряда обычно занимает около 20 часов. Цикл обычно выполняется гальваностатически (, т. Е. с использованием постоянного тока) между предварительно выбранными пределами напряжения. Образец может оставаться неподвижным, качаться (влево / вправо или вверх / вниз) или вращаться вокруг оси луча в линии луча. Преимущества последних двух состоят в том, что результаты получаются на несколько большей площади электрода, эффекты предпочтительной ориентации в порошковых электродах сводятся к минимуму, а статистика счета улучшается.

    Передача кольцевых диаграмм XRD (см. , рис. 2, , шаг 5) может быть получена примерно за 10 секунд, время считывания данных составляет примерно 1-2 минуты. Интеграция откалиброванных шаблонов изображений дает линейное сканирование (интенсивность в зависимости от Q). Линия пучка 11-3 в Стэнфордском источнике синхротронного излучения использует один монохроматор Si (311), генерирующий падающую волну с длиной волны приблизительно 0,97 Å (12735 эВ), хотя колебания энергии порядка нескольких эВ (~ 0,01%) в основном связаны с к суточному циклу (суточные колебания температуры) часто наблюдаются в ходе длительных измерений заряда и разряда.Таким образом, калибровка изображения для каждого сканирования важна для распаковки изменений дифракционной картины. Калибровка выполняется с помощью программного обеспечения Area Diffraction Machine, разработанного для лучевой линии 11-3 (http://code.google.com/p/areadiffractionmachine/).

    Рисунок 3 показывает in situ XRD данные, полученные на Li / Li x [Ni 0,45 Mn 0,45 Co 0,05 Al 0,05 ] O 2 ячейке, которая подверглась заряду (в черный) и разряд (зеленый) после калибровки и преобразования кольцевых диаграмм в линейные развертки.Пики, возникающие от компонентов ячейки, включая алюминиевый токосъемник, пакет из полиэстера и полипропиленовый сепаратор, отмечены красными и синими точками (металлический литий практически прозрачен для рентгеновских лучей, но при использовании анодов из металлического натрия возникают дополнительные пики). На рисунках отмечены проиндексированные отражения, относящиеся к активному материалу Li x [Ni 0,45 Mn 0,45 Co 0,05 Al 0,05 ] O 2 . Поскольку параметры элементарной ячейки изменяются в зависимости от x (содержания Li), пики, связанные с этой фазой и токосъемником из алюминия, перекрываются на некоторых рисунках.Помехи от компонентов ячейки представляли серьезные проблемы как для идеального вычитания фона, так и для уточнения дифракционной картины по Ритвельду. Чтобы обойти эту проблему, фоны вычитались вручную, и для подгонки был выбран ограниченный набор пиков, которые не перекрывались с компонентами ячеек. Параметры элементарной ячейки при различных состояниях заряда были впоследствии рассчитаны методом наименьших квадратов с использованием доступных положений пиков и программы CelRef (http: // www.ccp14.ac.uk/tutorial/lmgp/celref.htm). Степень интерференции клеточных компонентов в образцах, полученных в ходе экспериментов in situ , варьируется в зависимости от природы исследуемого материала, и эти проблемы не всегда встречаются. В этом случае для анализа данных можно использовать любую удобную программу уточнения или подгонки (GSAS, PowderCell, RIQAS, FullProf, и т. Д. .).

    Из-за нехватки времени иногда предпочтительнее проводить эксперименты на синхротронной XRD ex situ. Совершенно очевидно, что выполнение нескольких циклов в течение длительного времени, например, в канале луча нецелесообразно. Вместо этого электроды могут быть удалены из циклических ячеек, промыты растворителем для удаления остаточных солей электролита, высушены и покрыты каптоновой пленкой для защиты от воздуха для последующего исследования. Кроме того, может быть полезно изучить несколько электродов в различных состояниях заряда, полученных от электрохимических ячеек, чтобы получить представление о том, чего ожидать от более сложного эксперимента in situ , проведенного позже.Эти эксперименты намного проще проводить и требуют меньше времени; несколько образцов обычно можно запустить за час. Дополнительным преимуществом работы ex situ является отсутствие большинства мешающих компонентов ячейки, хотя обычно все еще наблюдаются сигналы от токосъемника, связующего и проводящих добавок, а сам каптон вносит свой вклад в фон. Предостережения в отношении работы ex situ заключаются в том, что промывка и длительное или неправильное хранение может изменить или испортить образец.В наихудших сценариях данные, полученные ex situ , могут даже не предоставить релевантную информацию из-за этих проблем. Однако, если соблюдается соответствующая осторожность, работа ex situ все еще может иметь некоторую ценность, хотя прямое наблюдение за процессами с использованием конфигураций in situ , несомненно, является наиболее желательным вариантом, когда позволяют временные ограничения.

    Поскольку эксперименты XAS зависят от элементов, помехи от компонентов ячейки, отличных от интересующего материала электродов, не столь проблематичны, как с XRD (при условии, что оборудование ячейки не содержит интересующие металлы).Однако одновременно можно измерять только одну кромку (элемент) поглощения. В то время как переключение на новую энергию занимает всего секунды, настройка, изменение коэффициентов усиления и смещения в ионных камерах, смена эталонных фольг и продувка газом могут занять до десяти дополнительных минут. Переключение с одного элемента на другой во время прогона на месте может привести к некоторой потере данных. Значимые данные EXAFS может быть трудно получить во время работы in situ , потому что происходящие структурные изменения часто имеют постоянные времени, аналогичные постоянным времени самих измерений.Еще одно соображение заключается в том, что линии луча XAS часто подвергаются сильной подписке, что означает ограниченное время для каждого пользователя. По этим причинам, как правило, более практично проводить эксперименты XAS на ex situ образцах, а не выполнять in situ работу (хотя см. Ссылку 7 для примера работы in situ ). Получение данных по образцам ex situ может занять от нескольких минут до одного часа в зависимости от того, сколько элементов изучается и от объекта, на котором выполняется работа.Во время каждого измерения края должен быть записан спектр аналогичной металлической фольги (, например, Ni, Mn или Co) для измерения энергии. Это выполняется одновременно с измерением пробы. Кроме того, пользователь может пожелать записывать данные о стандартных материалах, содержащих интересующие металлы с известными степенями окисления, отдельно, особенно если в электрохимии участвуют необычные окислительно-восстановительные состояния. Например, Li 3 MnO 4 использовался в качестве эталона для недавнего исследования серии электродных материалов из оксинитрида лития-марганца для проверки присутствия тетраэдрически координированного Mn 5+ . 8

    Большинство экспериментов XAS, направленных на изучение объемных процессов в электродных материалах, проводят в режиме пропускания, который подходит, когда молярные концентрации интересующих элементов выше примерно 5-10% (http: //xafstraining.ps.bnl .gov). Наилучшие результаты достигаются, когда толщина образца x регулируется так, чтобы μx <3 над краем поглощения. Если коэффициент поглощения (μ) неизвестен (, например, для сложных материалов, которые включают в себя множество материалов электродов батареи), может быть полезно начать с очень небольшого количества порошка, посыпанного на липкую сторону куска скотча. .Один или несколько дополнительных кусков порошковой скотча могут быть прикреплены к оригиналу для увеличения сигнала до точки, в которой достигается оптимальный отклик (обычно соответствует одной длине поглощения). Для материалов, коэффициент поглощения которых известен, образец можно разбавить BN, чтобы получить правильное поглощение при заданной толщине.

    В SSRL, Ni, Mn и Co K-края могут быть изучены на линии луча 4.1, в то время как Ti и S края исследуются на линии луча 4.3. Расстройка двухкристального монохроматора примерно на 30% устраняет гармоники более высокого порядка. Калибровка выполняется по первому пику производной спектров поглощения эталонных металлов. Дублирующиеся сканированные изображения можно запускать и объединять после выравнивания для повышения качества данных. Для анализа используются Artemis / Athena из программного пакета IFEFFIT 9 . После объединения подобных сканирований фоновый вклад вычитается, и данные нормализуются. Данные EXAFS выделяются с помощью функции AUTOBK и преобразуются по Фурье.Затем для извлечения структурной информации используется метод наименьших квадратов, соответствующий преобразованному Фурье спектру в пространстве R или k. Пример данных XAS, снятых на краю Mn K, показан на рис. 2 , шаг 5, а области XANES и EXAFS отмечены на спектре.

    Рис. 1. Схема литий-ионной батареи с графитовым анодом и катодом из слоистого оксида металла, находящихся в процессе разряда. Используется с разрешения ссылки 3.

    Рис. 2. Типичная последовательность эксперимента in situ .Этапы включают 1) подготовку и определение характеристик образца, 2) подготовку композитных электродов, 3) сборку мешочных ячеек, 4) настройку эксперимента in situ на канале пучка и 5) сбор и анализ данных.

    Рис. 3. Линейные сканы, полученные путем объединения сканов изображений на Li / Li x [Ni 0,45 Mn 0,45 Co 0,05 Al 0,05 ] O 2 ячейка заряжена (черный) и разряд (зеленый). Отражения, связанные с алюминиевым токосъемником и компонентами полимерных ячеек (мешочек и микропористый сепаратор), отмечены синими и красными точками соответственно.

    Таблица 1. Таблица материалов.

    Таблица 2. Таблица оборудования.

    Обсуждение

    Анализ данных XANES показывает, что готовый LiNi x Co 1-2x Mn x O 2 (0,01≤x≤1) соединения содержат Ni 2+ , Co 3 + , и Mn 4+ . 10 Недавнее исследование in situ XAS на LiNi 0,4 Co 0,15 Al 0.05 Mn 0,4 O 2 показали, что Ni 2+ окисляется до Ni 3+ и, в конечном счете, Ni 4+ во время делитирования, но окислительно-восстановительные процессы с участием Co 3+ способствовали некоторой емкости даже при низких состояниях заряда, вопреки предыдущим предположениям 7. Другое исследование, включающее составы с низким содержанием кобальта, LiNi 0,45 Co 0,1-y Al y Mn 0,45 O 2 , также показало что Co был электроактивен на ранних стадиях делитирования 11 .

    Синхротронные XRD 12 и XAS 11 исследования серии NMC с составом LiNi 0,45 Mn 0,45 Co 0,1-y Al y O 2 (0≤y≤0,1) дали представление об улучшенных электрохимических характеристиках замещенных алюминием вариантов. Анализ синхротронных рентгенограмм с высоким разрешением, полученных на исходных порошках, показал, что материал с y = 0,1 демонстрирует небольшое моноклинное искажение, не различимое на обычных порошковых рентгенограммах.Чтобы снять напряжение в плоскостях переходных металлов, которые состоят из металлосодержащих октаэдров с общими ребрами с различными равновесными расстояниями M-O, происходит локальное масштабное упорядочение, приводящее к искажению. Деформация, снижающая напряжение, была дополнительно подтверждена тщательным изучением данных EXAFS 11 . Электрохимическое циклирование вызывает дополнительную деформацию, хотя наблюдаемые изменения в данных EXAFS были меньше для электродов, содержащих Al. In situ XRD-эксперименты на Li-ячейках, содержащих эти катоды NMC, показали, что изменения решетки во время заряда ячейки (делитирование) были меньше для Al-замещенных материалов, чем для незамещенных базовых линий.Меньше структурных изменений при длительном циклировании также наблюдалось в Al-содержащих электродах.

    Частичное замещение алюминия также было предложено в качестве возможного средства стабилизации орторомбических электродов из LiMnO 2 электродов 13 . Этот материал быстро превращается из исходной зигзагообразной слоистой структуры в шпинель при электрохимическом циклировании с сопутствующим ухудшением электрохимических свойств. Однако не наблюдалось никакого эффекта стабилизации во время экспериментов in situ XRD на электроде, замещенном 25% Al; фактически, отражения, относящиеся к образованию шпинели, наблюдались даже во время первоначального заряда ячейки 14 .

    Ожидается, что степень упорядочения переходных металлов в высоковольтной шпинели номинального состава LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 повлияет на профиль напряжения и другие электрохимические характеристики материала в рабочих ячейках 15 . В упорядоченных материалах (пространственная группа P4 3 32) Ni и Mn занимают 4a и 12d октаэдрических позиций соответственно, тогда как в неупорядоченных вариантах (пространственная группа Fd3_m) переходные металлы распределены случайным образом по октаэдру 16d. сайтов.Сравнение синхротронных рентгенограмм, полученных на двух образцах с разной степенью упорядочения переходных металлов в эксперименте in situ , показало очень разное фазовое поведение во время процессов делитирования 16 . Неупорядоченный материал показал широкую область твердого раствора во время начального делитирования, с двумя узкими двухфазными областями, наблюдаемыми при высоких состояниях заряда. Для упорядоченного материала область твердого раствора была намного меньше, и сосуществование трех фаз наблюдалось при составе около x = 0.3 дюйма Li x Ni 0,5 Mn 1,5 O 4 , между двумя небольшими двухфазными областями. Различия в фазовом поведении, которые, как полагают, связаны с вариациями схем упорядочения литий-вакансий, были предложены в качестве объяснения различий в скоростях, наблюдаемых между упорядоченным и неупорядоченным LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 . Однако, вопреки ожиданиям, более упорядоченный материал в ссылке 16 показал себя лучше в этом отношении, чем неупорядоченный образец.Это было связано с морфологическими эффектами; частицы неупорядоченного образца состояли из пластин с оголенными гранями (112), тогда как частицы упорядоченного материала были октаэдрическими с гранями поверхности (111).

    Помимо эффектов упорядочения и морфологии, физические и электрохимические характеристики LiNi 0,5 Mn 1,5 O 4 также зависят от содержания примесей и количества присутствующего Mn 3+ . Во время высокотемпературной обработки, используемой во время синтеза, образуется примесь Ni-содержащей каменной соли, и некоторое количество Mn 4+ восстанавливается до Mn 3+ в основной фазе.Может быть трудно обнаружить небольшие количества примеси каменной соли из-за перекрытия пиков на рентгенограммах или определить ее точный состав, который меняется в зависимости от термической обработки. Анализ данных XANES по K-краю Ni и Mn показал присутствие значительного количества примеси каменной соли, содержащей как Ni, так и Mn, в образце, изготовленном при 1000 ° C 17 .

    Описанные здесь методы были направлены на понимание объемных процессов в электродах, подвергающихся заряду и разряду.Предполагается, что структурные изменения, наблюдаемые при использовании пятна очень малого размера (, например, 0,15 мм x 0,15 мм на линии луча 11-3) для эксперимента, типичны для электрода в целом. Обычно это справедливо для хорошо изготовленных электродов и ячеек, использующих низкие плотности тока и относительно длительное время зарядки-разрядки, описанные выше. Ex situ также обычно получали на электродах в ячейках, подвергнутых нормальной работе, которые затем подвергались уравновешиванию.В некоторых случаях, однако, может быть полезно получить результаты в неравновесных условиях, чтобы понять режимы отказа электродов батареи во время работы при высоких плотностях тока или в различных условиях неправильного обращения. В этих ситуациях может возникнуть неоднородное распределение заряда, особенно если электроды или элементы не оптимизированы. Неоднородность может привести к локальным областям перезарядки или разряда, вызывая структурную деградацию, которая в конечном итоге приводит к снижению производительности и безопасности устройства.Метод синхротронной рентгеновской микродифракции недавно был использован для картирования распределения заряда в электродах LiFePO 4 , заряженных с высокой скоростью 18 . Хотя это было выполнено ex situ , двухфазная природа окислительно-восстановительной реакции LiFePO 4 по существу предотвращала релаксацию распределения заряда после прерывания тока. Для этого эксперимента частично заряженные электроды сканировались по шагам с использованием монохроматического (6,02 кэВ) рентгеновского луча, и для каждого шага собиралась дифракционная картина.Сканирование проводилось как перпендикулярно, так и параллельно токоприемнику на электродах, снятых с частично заряженных плоских ячеек и призматических ячеек. В обоих случаях наблюдалось неравномерное распределение заряда, при этом поверхность электродов плоских элементов была более заряжена, чем активный материал, расположенный рядом с токосъемником, а часть, ближайшая к язычку, была наиболее заряженной для электрода, взятого из призматической ячейки. .

    Эти результаты иллюстрируют важность хорошего пространственного и временного разрешения в синхротронных экспериментах, направленных на полное понимание работы батареи.По мере развития области разрабатываются новые методы, предназначенные для визуализации электродных материалов в 3D. Одним из таких примеров является совместное использование полнопольной рентгеновской микроскопии (TXM) с XANES для отслеживания химических и морфологических изменений в электродах NiO, когда они претерпели преобразование в Ni и Li 2 O во время разряда ячейки 19 . Однако особой проблемой для этих экспериментов может быть обработка большого количества генерируемых данных.

    Новые конфигурации неупругого рассеяния рентгеновских лучей с высокой пропускной способностью в последнее время также использовались для получения более мелких деталей о функционировании материалов батарей.Примеры включают комбинированное исследование мягкого РФА (Fe L-край) и жесткого рентгеновского комбинационного рассеяния электродов LiFePO 4 , выполненное ex situ 20 . Последний сочетает в себе преимущества метода жесткого рентгеновского излучения (, например, , способность исследовать объемные явления и, в конечном итоге, проводить эксперименты in situ, , в различных условиях) с чувствительностью, связанной с мягким рентгеновским рентгеновским излучением, и может использоваться для элементов с низким z, таких как углерод и кислород 21 .Нерезонансное неупругое рассеяние рентгеновских лучей (NIXS) также использовалось для измерения K-краев лития и кислорода Li 2 O 2 (продукт разряда литиево-воздушных батарей с органическими электролитами), что привело к лучшему пониманию его структуры 22 . Чувствительность NIXS особенно хорошо подходит для ситуаций, когда встречаются малокристаллические материалы (например, в батареях, находящихся в процессе разряда).

    Раскрытие информации

    Авторам нечего раскрывать.

    Выражение признательности

    Эта работа поддержана помощником секретаря по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Управления автомобильных технологий Министерства энергетики США по контракту № DE-AC02-05Ch21231. Части этого исследования были выполнены в Стэнфордском источнике синхротронного излучения, в Управлении Национальной ускорительной лаборатории SLAC и в Управлении научного пользователя, находящемся в ведении Управления науки Министерства энергетики США Стэнфордским университетом.Программа SSRL по структурной молекулярной биологии поддерживается Управлением биологических и экологических исследований Министерства энергетики США, а также Национальными институтами здравоохранения, Национальным центром исследовательских ресурсов, Программой биомедицинских технологий (P41RR001209).

    Ссылки

    • Ким С. В., Сео Д-И, Ма Х, Седер Дж., Канг К. Материалы электродов для перезаряжаемых натрий-ионных батарей: потенциальные альтернативы существующим литий-ионным батареям. Adv. Energy Mater. 2012; 2: 710–721. [Google Scholar]
    • Паломарес В., Серрас П., Вильялуэнга I, Уэса К. Б., Серретеро-Гонсалес Дж., Рохо Т.Na-ионные аккумуляторы, последние достижения и существующие проблемы, связанные с превращением в недорогие системы хранения энергии. Energy Environ. Sci. 2012; 5: 5884–5901. [Google Scholar]
    • Kam KC, Doeff MM. Электродные материалы для литий-ионных аккумуляторов. Материалы имеют значение. 2012; 7: 56–60. [Google Scholar]
    • Cabana J, Monconduit L, Larcher D, Palacin MR. За пределами литий-ионных аккумуляторов на основе интеркаляции: современное состояние и проблемы электродных материалов, вступающих в реакцию посредством конверсионных реакций. Adv. Energy Mater.2010; 22: E170 – E192. [PubMed] [Google Scholar]
    • МакБрин Дж. Применение синхротронных методов к изучению литий-ионных батарей. J. Solid State Electrochem. 2009; 13: 1051–1061. [Google Scholar]
    • де Гроот Ф., Ванко Г., Глатцель П. Прекраевые структуры с поглощением рентгеновских лучей 1s в оксидах переходных металлов. J. Phys. Конденс. Иметь значение. 2009; 21: 104207. [PubMed] [Google Scholar]
    • Rumble C, Conry TE, Doeff M, Cairns EJ, Penner-Hahn JE, Deb A. Структурные и электрохимические исследования Li (Ni0.4Co0,15Al0,05Mn0,4) O2. J. Electrochem. Soc. 2010; 157: A1317 – A1322. [Google Scholar]
    • Cabana J, Dupré N, Gillot F, Chadwick AV, Gray CP, Palacín MR. Синтез, короткодействующая структура и электрохимические свойства новых фаз в системе Li-Mn-N-O. Неорг. Chem. 2009. 48: 5141–5153. [PubMed] [Google Scholar]
    • Равель Б., Ньювилл МАТЕНА, АРТЕМИС ГЕФЕСТ: анализ данных рентгеновской абсорбционной спектроскопии с использованием IFEFFIT. Журнал синхротронного излучения. 2005; 12: 537–541. [PubMed] [Google Scholar]
    • Цзэн Д., Кабана Дж. Брегер, Юн У. С., Грей С. П..Упорядочение катионов в Li [NixMnxCo (1-2x)] O2-слоистых катодных материалах: ядерный магнитный резонанс (ЯМР), функция распределения пар, рентгеновская спектроскопия поглощения и электрохимические исследования. Chem. Матер. 2007; 19: 6277–6289. [Google Scholar]
    • Конри Т.Э., Мехта А., Кабана Дж., Дофф М.М. XAFS-исследование материалов положительных электродов LiNi0,45Mn0,45Co0,1-yAlyO2. J. Electrochem. Soc. 159: A1562 – A1571. [Google Scholar]
    • Конри Т.Э., Мехта А., Кабана Дж., Дофф М.М. Структурные основы повышенной стабильности цикла при замещении алюминия в LiNi0.Материалы положительных электродов 45Mn0.45Co0.1-yAlyO2 для литий-ионных аккумуляторов. Chem. Матер. 2012; 24: 3307–3317. [Google Scholar]
    • Рид Дж., Седер Г. Роль электронной структуры в восприимчивости метастабильных структур оксидов переходных металлов к трансформации. Chem. Ред. 2004; 104: 4513–4534. [PubMed] [Google Scholar]
    • Кук Дж. Б., Ким С., Сюй Л., Кабана Дж. Влияние замещения Al на химическую и электрохимическую фазовую стабильность орторомбического LiMnO2. J. Electrochem. Soc. 2013; 160: A46 – A52.[Google Scholar]
    • Ли Э., Перссон К. Выявление связанных катионных взаимодействий за электрохимическим профилем LixNi0.5Mn1.5O4. Energy Environ. Sci. 2012; 5: 6047–6051. [Google Scholar]
    • Хай Б., Шукла А.К., Дункан Х., Чен Г. Влияние граней поверхности частиц на кинетические свойства катодных материалов LiMn1,5Ni0,5O4. J. Mater. Chem. А. 2013; 1: 759–769. [Google Scholar]
    • Cabana J, et al. Взаимосвязь состава и структуры в материале электрода литий-ионной батареи LiNi0.5Mn1.5O4. Chem. Матер. 2012; 24: 2952–2964. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
    • Лю Дж., Кунц М., Чен К., Тамура Н., Ричардсон Т.Дж. Визуализация распределения заряда в электроде литиевой батареи. J. Phys. Chem. Lett. 2010; 1: 2120–2123. [Google Scholar]
    • Мейрер Ф., Кабана Дж., Лю Й., Мета А., Эндрюс Дж.

    • alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *