Iron speciation in LiFePO4 batteries
Aplikace | 2024 | MetrohmInstrumentace
LiFePO4 baterie (LFP) představují bezpečnou a dlouhodobě stabilní technologii s vysokou životností, vhodnou pro elektromobilitu, stacionární akumulaci energie i jako záložní zdroje. Přes nižší energiedenzitu ve srovnání s konvenčními lithium-iontovými články zaručují vysoké vybíjecí proudy a nízké riziko přehřívání. Analýza speciation železa (Fe(II)/Fe(III)) v materiálu katody hraje klíčovou roli při hodnocení čistoty, výkonu a stárnutí článků, což je důležité pro výzkum, vývoj a recyklační procesy.
Cílem studie bylo vyvinout a ověřit polarografickou metodu pomocí Multi-Mode Electrode pro simultánní stanovení Fe(II) a Fe(III) v digestech LiFePO4. Metoda je určena pro kontrolu čistoty kathodového materiálu, sledování změn oxidačního stavu železa po cyklování a hodnocení stárnutí baterií.
Vzorek čistého LiFePO4 se vážil a digesoval v odplyněné zředěné kyselině sírové při 85 °C po dobu 15 minut. Po ochlazení se roztok naředil vektorem elektrolytu a došlo k měření s dvojicí standardních přídavků pro Fe(II) a Fe(III). Polarografické měření probíhalo na 884 Professional VA (MME) s Multi-Mode Electrode pro v režimu DME dle parametrů:
Řídící a vyhodnocovací software viva automatizuje převod dat a převádí koncentrace z g/L na mg/g.
Z digesovaného vzorku LiFePO4 byly naměřeny koncentrace Fe(II) 2,8 g/L a Fe(III) 0,09 g/L, což odpovídá 350 mg Fe(II) a 11 mg Fe(III) na gram materiálu. Vysoký poměr Fe(II) k Fe(III) potvrzuje nízkou míru oxidace železa v katodě. Metoda vykazuje dobrou opakovatelnost, citlivost a rychlost analýzy. Automatizace a konverze dat ve vivě usnadňuje interpretaci výsledků i méně zkušeným uživatelům.
Polarografická speciation Fe(II)/Fe(III) nabízí:
Očekává se rozšíření inline monitoringu redoxního stavu v bateriových dílech, integrace miniaturizovaných elektrod do BMS (Battery Management Systems) a vývoj nových modulárních senzorů pro více kovových speciation v reálném čase. Dále se předpokládá kombinace s dalšími elektrochemickými a spektroskopickými metodami pro širší charakterizaci materiálů.
Vyvinutá polarografická metoda s Multi-Mode Electrode pro poskytuje citlivé a reprodukovatelné stanovení Fe(II) a Fe(III) v LiFePO4. Díky jednoduché přípravě vzorku, standardizovaným parametrům a podpoře software viva je vhodná pro rutinní QC kontrolu i pokročilý výzkum baterií.
Elektrochemie
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceMetrohm
Souhrn
Význam tématu
LiFePO4 baterie (LFP) představují bezpečnou a dlouhodobě stabilní technologii s vysokou životností, vhodnou pro elektromobilitu, stacionární akumulaci energie i jako záložní zdroje. Přes nižší energiedenzitu ve srovnání s konvenčními lithium-iontovými články zaručují vysoké vybíjecí proudy a nízké riziko přehřívání. Analýza speciation železa (Fe(II)/Fe(III)) v materiálu katody hraje klíčovou roli při hodnocení čistoty, výkonu a stárnutí článků, což je důležité pro výzkum, vývoj a recyklační procesy.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem studie bylo vyvinout a ověřit polarografickou metodu pomocí Multi-Mode Electrode pro simultánní stanovení Fe(II) a Fe(III) v digestech LiFePO4. Metoda je určena pro kontrolu čistoty kathodového materiálu, sledování změn oxidačního stavu železa po cyklování a hodnocení stárnutí baterií.
Použitá metodika a instrumentace
Vzorek čistého LiFePO4 se vážil a digesoval v odplyněné zředěné kyselině sírové při 85 °C po dobu 15 minut. Po ochlazení se roztok naředil vektorem elektrolytu a došlo k měření s dvojicí standardních přídavků pro Fe(II) a Fe(III). Polarografické měření probíhalo na 884 Professional VA (MME) s Multi-Mode Electrode pro v režimu DME dle parametrů:
- Startovací potenciál: 0,0 V
- Koncový potenciál: –1,5 V
- Rychlost skenování: 30 mV/s
- Vrchol Fe(II): –0,25 V
- Vrchol Fe(III): –0,80 V
Řídící a vyhodnocovací software viva automatizuje převod dat a převádí koncentrace z g/L na mg/g.
Hlavní výsledky a diskuse
Z digesovaného vzorku LiFePO4 byly naměřeny koncentrace Fe(II) 2,8 g/L a Fe(III) 0,09 g/L, což odpovídá 350 mg Fe(II) a 11 mg Fe(III) na gram materiálu. Vysoký poměr Fe(II) k Fe(III) potvrzuje nízkou míru oxidace železa v katodě. Metoda vykazuje dobrou opakovatelnost, citlivost a rychlost analýzy. Automatizace a konverze dat ve vivě usnadňuje interpretaci výsledků i méně zkušeným uživatelům.
Přínosy a praktické využití metody
Polarografická speciation Fe(II)/Fe(III) nabízí:
- Rychlou kvalifikaci čistoty LiFePO4 kathodového materiálu
- Monitorování stavu baterií během cyklování a vyhodnocení stárnutí
- Podporu výzkumu a vývoje nových bateriových složení
- Podklad pro ekologické recyklační procesy a kontrolu kvality
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se rozšíření inline monitoringu redoxního stavu v bateriových dílech, integrace miniaturizovaných elektrod do BMS (Battery Management Systems) a vývoj nových modulárních senzorů pro více kovových speciation v reálném čase. Dále se předpokládá kombinace s dalšími elektrochemickými a spektroskopickými metodami pro širší charakterizaci materiálů.
Závěr
Vyvinutá polarografická metoda s Multi-Mode Electrode pro poskytuje citlivé a reprodukovatelné stanovení Fe(II) a Fe(III) v LiFePO4. Díky jednoduché přípravě vzorku, standardizovaným parametrům a podpoře software viva je vhodná pro rutinní QC kontrolu i pokročilý výzkum baterií.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Antimony stabilizer in an electroless Ni bath
2024|Metrohm|Aplikace
Application Note AN-V-236 Antimony stabilizer in an electroless Ni bath Straightforward determination of Sb(III) over a wide concentration range with the scTRACE Gold Electroless nickel plating offers excellent wear and Anodic stripping voltammetry is a fast and robust tool corrosion…
Klíčová slova
electroless, electrolessiii, iiisctrace, sctraceantimony, antimonyplating, platingstabilizer, stabilizerelectrode, electrodemme, mmebath, bathvoltammetry, voltammetrypotentiostat, potentiostatgold, goldpotential, potentialdeposition, depositionmeasuring
Bismuth stabilizer in an electroless Ni plating bath
2024|Metrohm|Aplikace
Application Note AN-V-238 Bismuth stabilizer in an electroless Ni plating bath Straightforward determination over a wide concentration range with the scTRACE Gold The electroless nickel plating process is known for its Anodic stripping voltammetry (ASV) allows fast and superior surface…
Klíčová slova
sctrace, sctracebismuth, bismuthelectroless, electrolessplating, platinggold, goldelectrode, electrodemme, mmebath, bathvoltammetry, voltammetrypotentiostat, potentiostatpotential, potentialdeposition, depositionmeasuring, measuringelectrodes, electrodesnickel
Lead stabilizer in an electroless Ni plating bath
2024|Metrohm|Aplikace
Application Note AN-V-237 Lead stabilizer in an electroless Ni plating bath Direct lead determination over a wide concentration range with the Bi drop electrode Electroless nickel plating processes are a low-cost as lead is crucial to ensure high-quality coatings that…
Klíčová slova
electroless, electrolesselectrode, electrodeplating, platinglead, leadmme, mmebath, bathdrop, droppotentiostat, potentiostatpotential, potentialprocesses, processesdeposition, depositionelectrodes, electrodesdeterminations, determinationsmetrohm, metrohmreadjusts
Determination of total iodine in thyroid tablets with polarography
2024|Metrohm|Aplikace
Application Note AN-V-240 Determination of total iodine in thyroid tablets with polarography Polarography in pharmaceutical analysis: indirect determination of iodine after dry ashing in a muffle furnace Thyroid hormones are made by the thyroid gland and needs to convert to…
Klíčová slova
iodine, iodinethyroid, thyroidelectrode, electrodemme, mmepolarography, polarographypotential, potentialpotentiostat, potentiostatpulse, pulsetablet, tabletelectrodes, electrodesliothyronine, liothyroninelevothyroxine, levothyroxinedeterminations, determinationsmetrohm, metrohmreadjusts