CZ309795B6 - Sekundární bateriový článek pro elektromobily, obsahující amorfní skelné materiály a mikro a nano materiály a způsob jeho výroby - Google Patents
Sekundární bateriový článek pro elektromobily, obsahující amorfní skelné materiály a mikro a nano materiály a způsob jeho výroby Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309795B6 CZ309795B6 CZ2020-599A CZ2020599A CZ309795B6 CZ 309795 B6 CZ309795 B6 CZ 309795B6 CZ 2020599 A CZ2020599 A CZ 2020599A CZ 309795 B6 CZ309795 B6 CZ 309795B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- glass
- cathode
- electrolyte
- anode
- micro
- Prior art date
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 477
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 62
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 16
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 14
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 372
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 290
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 268
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 231
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims abstract description 72
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 claims abstract description 70
- 101100377706 Escherichia phage T5 A2.2 gene Proteins 0.000 claims abstract description 42
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 7
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229940006487 lithium cation Drugs 0.000 claims abstract description 4
- 230000010802 Oxidation-Reduction Activity Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 402
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 204
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 claims description 173
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 133
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 110
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 84
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 78
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 74
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 69
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 45
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 44
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 41
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 40
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 40
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 35
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 32
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 28
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 24
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 23
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 18
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 claims description 13
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 13
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 13
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 12
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 claims description 9
- 239000011533 mixed conductor Substances 0.000 claims description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 9
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 9
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004320 controlled atmosphere Methods 0.000 claims description 5
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 5
- 239000005300 metallic glass Substances 0.000 claims description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000011530 conductive current collector Substances 0.000 claims description 3
- 238000010422 painting Methods 0.000 claims description 3
- BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N trisodium borate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]B([O-])[O-] BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 2
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 2
- WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N N-Vinyl-2-pyrrolidone Chemical compound C=CN1CCCC1=O WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 585
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 30
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 30
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 27
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 27
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 27
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 25
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 20
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 19
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 18
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 17
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 13
- 230000006870 function Effects 0.000 description 12
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 12
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 12
- 150000001768 cations Chemical group 0.000 description 11
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 11
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 10
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 9
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 8
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 8
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 8
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 7
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 7
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000006123 lithium glass Substances 0.000 description 6
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 6
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 5
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 4
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 239000002203 sulfidic glass Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241001460678 Napo <wasp> Species 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 3
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N Acetaldehyde Chemical compound CC=O IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium dioxide Chemical compound O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000156 glass melt Substances 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 2
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002000 Electrolyte additive Substances 0.000 description 1
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008517 Li2O-Li2S-SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013043 Li3PO4-Li2S-SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013035 Li3PO4-Li2S—SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012810 Li3PO4—Li2S-SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012797 Li3PO4—Li2S—SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010835 LiI-Li2S-P2S5 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010833 LiI-Li2S-SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010823 LiI—Li2S—B2S3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010840 LiI—Li2S—P2S5 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010855 LiI—Li2S—SiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 1
- 229910003264 NiFe2O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019017 PtRh Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010165 TiCu Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZVLDJSZFKQJMKD-UHFFFAOYSA-N [Li].[Si] Chemical compound [Li].[Si] ZVLDJSZFKQJMKD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000012707 chemical precursor Substances 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000004815 dispersion polymer Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000007787 electrohydrodynamic spraying Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 125000001301 ethoxy group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])O* 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000005337 ground glass Substances 0.000 description 1
- 239000007970 homogeneous dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012705 liquid precursor Substances 0.000 description 1
- 239000006194 liquid suspension Substances 0.000 description 1
- IDBFBDSKYCUNPW-UHFFFAOYSA-N lithium nitride Chemical compound [Li]N([Li])[Li] IDBFBDSKYCUNPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001386 lithium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- GLNWILHOFOBOFD-UHFFFAOYSA-N lithium sulfide Chemical compound [Li+].[Li+].[S-2] GLNWILHOFOBOFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021437 lithium-transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 description 1
- NQNBVCBUOCNRFZ-UHFFFAOYSA-N nickel ferrite Chemical compound [Ni]=O.O=[Fe]O[Fe]=O NQNBVCBUOCNRFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- -1 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000012958 reprocessing Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 102200092915 rs35395083 Human genes 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- KHDSWONFYIAAPE-UHFFFAOYSA-N silicon sulfide Chemical compound S=[Si]=S KHDSWONFYIAAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 150000003463 sulfur Chemical class 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- RIUWBIIVUYSTCN-UHFFFAOYSA-N trilithium borate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]B([O-])[O-] RIUWBIIVUYSTCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K trilithium;phosphate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]P([O-])([O-])=O TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
- H01M10/0562—Solid materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0088—Composites
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Sekundární bateriový článek(B, B1, B2, B3) je na bázi skla. Každá kompozitní vrstva (K1.1; K2.1, K2.2; K3.1, K3.2, K3.3) katody (K; K1; K2; K3) nebo (E1.1; E2.1, E2.2; E3.1, E.2, E3.3) elektrolytu (E; E1; E2; E3) nebo (A1.1; A2.1, A2.2; A3.1, A3.2, A3.3) anody (A; A1; A2; A3) obsahuje: 0,1 až 10,0 % obj. prvního aditiva (A1K; A1E; A1A) pro zvýšení elektrochemické oxidačně-redukční aktivity těchto kompozitních vrstev; 0,1 až 10,0 % obj. druhého aditiva (A2K; A2E; A2A) na povrchu mikro a nanovláken a mikro a nanočástic pro zvýšení adheze těchto kompozitních vrstev; a 80 až 99,8 % obj. zvoleného skla (GMCK; GFIC; GMCA). Každá tato kompozitní vrstva katody (K; K1; K2; K3), elektrolytu (E; E1; E2; E3) a anody (A; A1; A2; A3) vykazuje pozvolnou změnu funkčně-gradientní koncentrace nepohyblivých složek kompozitních vrstev ve směru od katody (K) k anodě (A) v závislosti na vzdálenosti mezi kolektorem (KK) katody (K) a protilehlým kolektorem (KA) anody (A) a v obráceném směru, a pohyblivou složkou v těchto sklech (GMCK; GMCA; GFIC) je kation lithný Li+ nebo kation sodný Na+. Je nárokován též způsob výroby sekundárního bateriového článku (B, B1, B2, B3).
Description
Sekundární bateriový článek pro elektromobily, obsahující amorfní skelné materiály a mikro a nano materiály a způsob jeho výroby
Oblast techniky
Vynález se týká sekundárního bateriového článku pro elektromobily, obsahující amorfní skelné materiály a mikro a nanomateriály. Bateriový článek je na bázi skla. A zahrnuje koncové kovové elektronově vodivé proudové kolektory, mezi nimiž jsou uspořádány elektronově vodivé elektrody, katoda a anoda, které jsou odděleny iontově vodivým elektrolytem. Katoda, elektrolyt a anoda obsahují více vícesložkové pevné amorfní sklo, a to lithné nebo sodné vícesložkové sklo. Vícesložkové sklo na bázi oxidů je určeno pro katodu a pro anodu, přitom obě skla mají smíšenou vodivost iontovou a elektronovou, kde měrná iontová vodivost je při 25 °C nejméně 10-4 S.m-1 a měrná elektronová vodivost je při 25 °C nejméně 10-6 S.m-1. Vícesložkové sklo na bázi oxidů a halogenidů je určené pro elektrolyt s vysokou iontovou vodivostí a velmi nízkou vodivostí elektronovou, kde iontová vodivost je při 25 °C nejméně 10-3 S.m-1 a elektronovou vodivost při 25 °C je minimálně o 3 řády nižší než jeho měrná iontová vodivost, a odpovídá hodnotě maximálně 10-6 S.m-1.
Sklo katody s příměsí skla elektrolytu je v katodě situováno v blízkosti kolektoru a na straně přivrácené tomuto kolektoru. Sklo anody s příměsí skla elektrolytu je v anodě situováno v blízkosti kolektoru a na straně přivrácené tomuto kolektoru. Sklo elektrolytu s příměsí skla obou elektrod, anody a katody, je situováno bezprostředně v nebo v blízkosti elektrolytu.
Bateriový článek obsahuje pevné amorfní vícesložkové sklo a mikro a nanovlákna a mikro ananočástice o středním průměru v rozmezí 1 nm až 100 pm.
Dosavadní stav techniky
US 2015266769 A1 publikovaný 24. 9. 2016, US 9643881 B2, publ. 9.4.2015, popisuje skleněnou kompozici pro skleněná vlákna a způsob výroby skleněných vláken, přičemž jedno z využití je zmíněn separátor baterie. Křemičité sklo pro skleněná vlákna obsahující oxid, titaničitý a zirkoničitý a oxidy alkalických kovů, a s výhodou též oxid hlinitý, vápenatý a lithný, má rozdíl mezi nízkou teplotou tažení a liquidus 91 °C a více. Sklo může obsahovat částice 300 až 500 pm a vydrží ponořené do 100 ml 10% roztoku hydroxidu sodného při teplotě 80 °C po dobu 16 hodin. Způsob výroby vláken spočívá v kontinuálním tažení vláken z děrované misky, přičemž teplota tažení je o 90 a více stupňů pod teplotou liquidus.
Nevýhodou je, že skleněná vlákna neobsahují polyvalentní prvky, tudíž nemohou plně fungovat jako elektrochemicky aktivní redox centra v elektrodové hmotě baterie. Získané vlákno tímto způsobem tažení bude mít tloušťku minimálně v jednotkách několika mikronů, takže poměr povrchu vláken k jejich objemu nebude vhodný z hlediska vysoké iontové vodivosti a vysoké elektrochemické aktivity
US 2015266769 A1 publikovaný 24. 9. 2016 popisuje kompozici skla pro skleněná vlákna a způsob výroby skleněných vláken. Patent uvádí složení skel pro výrobu vláken, jež mají výbornou korozní odolnost vůči alkáliím, kyselinám a vodě. Jsou užitečnou výztuží kompozitních materiálů pro desky nebo separátory v bateriích. Vlákna mají relativně nízkou teplotu tažení a liquidus, a tím jsou velmi vhodná pro snadnou výrobu. Uvedená vlákna mají podle uvedeného složení a vlastností velmi vysoký elektrický odpor. Tato skutečnost velmi omezuje použití tohoto druhu vláken jako aktivní složky v bateriích. Rovněž uvedená technologie výroby neumožňuje vytváření nanovláken.
US 10211449 B2, publikovaný 19. 2. 2019 uvádí mikro-strukturovaný materiál na bázi křemíku
- 1 CZ 309795 B6
Si a metody jeho přípravy. Tento materiál je použit pro elektrodu v baterii, jako je například lithná iontová baterie. Je uvedena syntéza papíru na bázi křemíkových nanovláken s uhlíkovým povlakem pro samostatné elektrody upravitelných rozměrů a bez pojiva pro lithné iontové baterie, jež významně zvýší celkovou kapacitu bateriového článku. Vzhledem k vysoké elektrochemické stabilitě a ke snadné úpravě rozměrů
Způsob výroby elektrody pro baterie zahrnuje redukci vláknitého oxidu křemičitého a současně leptání povrchu vláken redukovaného oxidu křemičitého, aby se vytvořila porézní struktura a též současně vytvoření vodivého povlaku na povrchu porézního křemíkového vlákna. Redukce struktury vláken oxidu křemičitého se provádí termicky pomocí kovového hořčíku, při němž se redukuje vláknitý oxid křemičitý. Nebo se selektivně leptá vlákno oxidu křemičitého v místech výskytu oxidu hořečnatého, vzniklého jako produkt magnezio-termické redukce. Vytvoření vodivého povlaku se provádí pyrolýzou amorfního uhlíkového povlaku na povrchu porézního křemíku. Pro vytvoření vláken oxidu křemičitého elektrospiningem se používá roztok TEOS.
Výsledný produkt je nanovlákna z křemíku s porézním vodivým povrchem. Vytváření křemíkového vlákna přímo magnezio-termickou redukcí kovovým hořčíkem je časově náročné a obtížně kontrolovatelné z hlediska reprodukovatelnosti, včetně zřejmě vytvoření nehomogenního materiálu s předpokládanou kontaminací oxidu hořečnatého.
Na povrchu nanovláken je uhlík, který při využití baterie a při tepelném namáhání může se oxidovat za vzniku toxického oxidu uhelnatého a nedýchatelného oxidu uhličitého. Může dojít k nebezpečí exploze v důsledku velkých objemových změn při vzniku těchto plynů.
CN 1394670 A zveřejněný 5. 2. 2003 se týká přípravy nanoprášků CaCO3 nebo TÍO2 nebo ZrO2Y2O3, které se získají v krocích, z nichž důležitý je krok sprejování homogenní směsi vodného roztoku močoviny v přebytku NH4OH (hydroxidu amonného) za přítomnosti prekurzorů, jako jsou Ca(OH)2 v přítomnosti CO2, nebo TiCU nebo ZrOCb.8H2O a YCb. Sprejování se může provádět při teplotách varu sloučeniny 80 až 100 °C nebo více. Ve vynálezu se uvádí, že se získá nanoprášek s rovnoměrnou velikostí zrna. Nevýhodou je používání organických polymerů močoviny s vysokým obsahem amonných látek, tedy s vysokým obsahem uhlíku, což je nevhodné pro elektrobaterie pro automobily, protože při vyšší výkonné zátěži baterií, kdy dochází ke zvýšení teploty, hrozí uvolňování velkého objemu CO2 a NH3, což může vést k destrukci baterie.
CN 107034586 A publikovaný 11. 8. 2017 se týká přípravy kompozitních vodivých membrán, kde kompozitem je polyhydroxybutylátu. Příprava sestává z míchání kompozitu s dopantem 1 ku 1 až 1 ku 6. Výsledná směs se sprejuje rychlostí 0,05 až 0,3 ml/hodinu ve vzdálenosti 10 až 20 cm od elektrody, v elektrickém poli o napětí 10 až 30 kV. Tímto elektrospiningem se získá elektricky vodivá membrána z nanovláken, která má průměr 2000 až 500 nm. Nevýhodou je získání membrány z nanovláken na bázi organických polymerů.
US 6759573 B2 publikovaný 17. 6. 2003, korespondující s WO 97/18431 A1, s EP 0866885 A1, CN 195884 C a CA 2237588 A1, se týká způsobu získání nano-strukturních povlaků tepelným sprejováním. Např., WO 97/18431 A uvádí způsoby, při nichž se zpracovávají nanášené práškové nanočástice, kapalné suspenze nanočástic a organokovové kapaliny v konvenčním tepelném sprejování do formy nano-strukturovaných povlaků. V jednom provedení nano-strukturní dávky sestávají ze sférických aglomerátů, produkovaných znovu zpracováním syntetizovaných nanostrukturních prášků. V jiném provedení je jemná disperze nanočástic přímo sprejována/vstřikována do spalovacího plamene nebo do plasmového tepelného rozprašovacího zařízení za vniku nano-strukturních povlaků. V dalším provedení jsou kapalné organické chemické prekurzory přímo vstřikovány do spalovacího plamene zařízení pro plazmové tepelné rozprašování, přičemž syntéza nanočástic, tavení a kalení, se provádí v jedné operaci. V těchto metodách se používá ultrazvuk k rozpadu aglomerátů syntetizovaných částic, k disperzi nanočástic v kapalném médiu a k atomizace kapalného prekurzoru. V nezávislých nárocích je
- 2 CZ 309795 B6 definováno rozmezí vstupních nanočástic o velikosti 3 až 30 nm za použití ultrazvuku pro vytvoření kapalné disperze. V jednom nezávislém nároku je definováno vytvoření jednoho nanostrukturovaného povlaku a v dalším nezávislém nároku vytvoření dvou nano-strukturovaných povlaků na sobě. V jednom příkladu provedení k disperzi nano-strukturovaného WC/Co pro vytvoření břečky nízké viskozity je využit ultrazvuk o frekvenci 20 kHz a výkonu 300 až 400 W.
JPH 10302776 A publikovaný 13. 11. 1998 popisuje sekundární lithnou baterii s pevným elektrolytem, která poskytuje vysoké napětí, vysokou hustotu energie a výbornou cyklovatelnost. Baterie se sestává ze záporné elektrody, kde první elektroda má elektronovou vodivost a je schopna vytvořit vrstvu kovového lithia nebo zajistit rozpouštění kovového lithia, a to během nabíjení nebo vybíjení baterie. Dále má druhou elektrodu, která má elektronovou smíšenou vodivost a rovněž anizotropii pro iontovou vodivost - průchod iontů. Tato druhá elektroda se smíšenou elektronovou iontovou vodivostí je položena na první elektrodu, za účelem odstranění koncentračních rozdílů během migrace iontů. Sekundární lithná baterie s pevným elektrolytem může mít druhou elektrodu, obsahující lithno-nitridový kompozit, nebo kompozit lithno-nitridokřemičitý s přechodným kovem. Pevná sekundární lithné baterie s pevným elektrolytem nemusí obsahovat prvky přechodných kovů. Nebo může baterie mít kladnou elektrodu, která obsahuje lithnou sloučeninu oxidu přechodného kovu. V popisu (0016) je navrženo složení pevných elektrolytů, které neobsahují přechodné kovy, na bázi sulfidových nebo oxido-sulfidových skel, a to v systémech jako je LiI-Li2S-SiS2, LiI-Li2S-P2S5, sulfidová skla jako je LiI-Li2S-B2S3 nebo Li3PO4-Li2S-SiS2, jako jsou sulfidová skla jako je Li2O-Li2S-SiS2.
V popisu je uvedeno několik postupů k získání takovéto baterie, z nichž v jednom příkladu provedení je použit postup přípravy pevného elektrolytu ve formě sulfidových skel. Postup je založen na rychlém chlazení taveniny fosforečnanu lithného, sulfidu lithného a sulfidu křemičitého.
JP 2011187370 A publikovaný 22. 9. 2011 popisuje baterii s pevným elektrolytem, ve kterém je řešen problém nárůstu elektrického odporu na rozhraní mezi aktivním materiálem a pevným elektrolytem. Uvedená baterie obsahuje vrstvu elektrodového aktivního materiálu a na ní vloženou vrstvu prvního pevného elektrolytu, který má aniontovou složku odlišnou od aktivního materiálu a jedná se o jednofázový smíšený elektronový a iontový vodič. K této vrstvě je dále kontaktována vrstva druhého pevného elektrolytu, která má stejnou aniontovou složku jako první pevný elektrolyt. Nevýhodou je přítomnost vysokých koncentrací sulfidické síry v materiálech baterie. Tato síra může při zahřátí baterie vést ke vzniku toxických plynů oxidu siřičitého SO2 nebo sírového SO3. Patent uvádí možnost použití velkého podílu krystalických materiálů, které však mají nevýhodu pro použití v bateriích, neboť jejich vodivost může být velmi závislá na náhodném směru orientace krystalových rovin vůči hlavnímu směru pohybu iontů. Práškové vrstvy v sestaveném bateriovém článku jsou krystalické struktury. Pro jejich přeměnu na výhodnější amorfní strukturu je použito tepelné zpracování až do 300 °C. Tento způsob je však nevýhodný z důvodu obtížného zajištění vzniku zcela amorfní struktury, vzhledem k probíhajícím chemickým reakcím za zvýšené teploty a vzniku řady metastabilních meziproduktů. Následné zchlazení může vést k rozdílům v lokálních rychlostech chladnutí, což bude mít za následek vznik částečně krystalických hmot s různou teplotní historií, a tudíž s rozdílným podílem krystalických fází, jež ovlivňují elektrochemické chování těchto tepelně zpracovaných materiálů. Tato skutečnost negativně ovlivní reprodukovatelnost výroby těchto baterií.
Nejbližším stavem techniky je CZ PV2017-859 korespondující s WO 2019129316 A1, publikovaný 10. 7. 2019 názvu „Sekundární bateriový článek pro elektromobily, obsahující pevné amorfní skelné materiály a mikro a nano materiály“. Sekundární bateriový článek má koncové kovové elektronově vodivé proudové kolektory, mezi nimiž jsou uspořádány elektronově vodivé elektrody, které obsahují, jakožto nosiče nábojů iontové vodivosti, migrující kationty lithia a/nebo sodíku pro migraci z anody přes elektrolyt do katody během vybíjení a nabíjení. Anoda a katoda jsou odděleny iontově vodivým elektrolytem, který je v podstatě
- 3 CZ 309795 B6 elektronově nevodivý. Elektrody, anoda i katoda, mají smíšenou vodivost, jsou elektronově i iontově vodivé; obsahují pevný amorfní vícesložkový skelný kompozitní materiál, rovněž skelná a/nebo kovová vlákna a skelné a/nebo krystalické částice o středním průměru v nano/mikrometrech v rozmezí 1 nm až 100 pm. Obě elektrody mají povrch kompozitního materiálu, vláken i částic je mikro a nanostrukturní se střední drsností v rozmezí 1 nm až 100 pm. Kompozitní materiál elektrod obsahuje aktivní oxidačně-redukční centra na bázi kovového křemíku a/nebo oxidů křemíku a/nebo skel obsahujících elektropozitivní polyvalentní prvky Mp. Tato oxidačně-redukční centra mají poměr vyššího oxidačního stavu k nižšímu oxidačním stavu polyvalentních prvků v poměru 0,1 až 10. Elektrolyt obsahuje pevný amorfní vícesložkový skelný kompozitní materiál, který je izotropní, s nosiči nábojů iontové vodivosti kationtem lithným a/nebo sodným s iontovou vodivostí ve všech směrech se stejnou hodnotou.
Kompozitní materiál elektrod obsahuje dva typy vícesložkového skla. Jeden typ skla má smíšenou vodivost iontovou a elektronovou; a druhý typ skla má vysokou iontovou vodivost a velmi nízkou vodivostí elektronovou.
Kompozitní materiál elektrod (A, K) obsahuje vícesložkové sklo GMC (Glass Mixed Conductor) a GFIC (Glass Fast Ion Conductor). Sklo GMC má smíšenou vodivost iontovou a elektronovou, kde měrná iontová vodivost je při 25 °C nejméně 10-4 S.m-1 a měrná elektronová vodivost je při 25 °C nejméně 10-6 S.m-1. Sklo GFIC má vysokou iontovou vodivost a velmi nízkou vodivost elektronovou, kde iontová vodivost je při 25 °C nejméně 10-3 S.m-1 a elektronovou vodivost při 25 °C je minimálně o 3 řády nižší než jeho měrná iontová vodivost, a odpovídá hodnotě maximálně 10-6 S.m-1.
Elektrolyt (E) obsahuje vícesložkové sklo GFIC (Glass Fast Ion Conductor), které je izotropní a má vysokou iontovou vodivost a velmi nízkou vodivost elektronovou, kde iontová vodivost je při 25 °C nejméně 10-3 S.m-1 a má v podstatě ve všech směrech stejnou hodnotu a elektronovou vodivost minimálně o 3 řády nižší, než je jeho měrná iontová vodivost, a odpovídá hodnotě při 25 °C maximálně 10-6 S.m-1.
Katoda (K) obsahuje sklo GMC1 (Glass Mixed Conductor 1) s příměsí skla GFIC (Glass Fast Ion Conductor), a tato příměs skla GFIC je v katodě (K) situována v blízkosti kolektoru (Cl) a na straně přivrácené tomuto kolektoru (C1). Anoda (A) obsahuje sklo GMC2 (Glass Mixed Conductor 2) s příměsí skla GFIC, a tato příměs skla GFIC (Glass Fast Ion Conductor) je v anodě (A) situována v blízkosti kolektoru (C2) a na straně přivrácené tomuto kolektoru (C2).
V katodě (K) je situováno, bezprostředně nebo v blízkosti elektrolytu (E), sklo GFIC s příměsí skla GMC1. V anodě (A) je situováno, bezprostředně nebo v blízkosti elektrolytu 30 (E), sklo GFIC s příměsí skla GMC2. Objemový poměr fází GMC1/GFIC v katodě (K) a GMC2/GFIC v anodě (A), v bezprostřední blízkosti odpovídajících kolektorů, je v rozmezí od 100 do 0,1. Objemový poměr fází GFIC/GMC1 v katodě (K) a GFIC/GMC2 v anodě (A), v bezprostřední blízkosti elektrolytu (E), je od 100 do 10.
Sklem GMC1 (Glass Mixed Conductor) katody (K) nebo sklem GMC2 anody (A) se smíšenou iontovou a elektronovou vodivostí je vícesložkové sklo o složení: LiX-Li2O-MdO-MmKOLMPkOl a/nebo NaX-Na2O-MdO-MmKOL-MpKOL, kde představují:
X nejméně jeden halogen ze skupiny F, Cl, Br, I;
Md nejméně jeden dvojmocný prvek ze skupiny Ba, Sr, Zn;
Mm nejméně jeden monovalentní prvek ze skupiny B, AI, Y, La, Si, Ge, Ti, Zr, P, Nb; a
Mp nejméně jeden elektropozitivní polyvalentní prvek ze skupiny Cu, Fe, Co, Ni, Mn, Nb, Sn, Si, Sb, V, Ta, Mo, W, Ti;
- 4 CZ 309795 B6
K stechiometrický koeficient o hodnotě K = 1, 2; a
L stechiometrický koeficient o hodnotě L = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
Sklo GFIC (Glass Fast Ion Conductor) s vysokou iontovou vodivostí a velmi nízkou vodivostí elektronovou je vícesložkové sklo o složení:
LiX-Li2O-MdO-MmKOL a/nebo NaX-Na2O-MdO-MmKOL, kde představuje:
X nejméně jeden halogen ze skupiny F, Cl, Br, I;
Md nejméně jeden dvojmocný prvek ze skupiny Ba, Sr, Zn;
Mm nejméně jeden monovalentní prvek ze skupiny B, AI, Y, La, Si, Ge, Ti, Zr, P, Nb;
K stechiometrický koeficient o hodnotě K = 1, 2; a
L stechiometrický koeficient o hodnotě L = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
Kompozitní materiál elektrod (A, K) obsahuje aktivní oxidačně-redukční centra na bázi kovového křemíku a/nebo oxidů křemíku a/nebo skel obsahujících elektropozitivní polyvalentní prvky Mp, přičemž tato oxidačně -redukční centra mají poměr vyššího oxidačního stavu k nižšímu oxidačním stavu polyvalentních prvků Mp v poměru 0,1 až 10, čímž rovněž vytváří gradientní nano/mikro kompozitní skelný materiál elektrod (A, K) se smíšenou iontovou a elektronovou vodivostí.
Ve sklu GFIC nebo ve sklu GMC1 nebo ve sklu GMC2 nebo oxidů křemíku v oxidačněredukčních centrech je část oxidů nahrazena do 20 % mol. sulfidy.
Oxidačně-redukční centra obsahují polyvalentní prvky Mp, které pro zajištění reversibilních oxidačně-redučních reakcí přechází mezi svými oxidačními stavy, a to:
Cu (II) θ Cu (I) a/nebo Cu(0); Fe (III) θ Fe (II) a/nebo Fe (0); Co (III) θ Co (II);
Ni (III) θ Ni (II); Si (IV) θ Si (0); Ti (IV) θ Ti (III); Mn (IV) θ Mn (III) a/nebo Mn (II);
Sn (iV) θ Sn (II); V (V) θ V (IV) a/nebo V (III); Nb (V) θ Nb (III) a /nebo Nb (II);
Sb (V) θ Sb (IIl); Ta (V) θ Ta (III); Mo (Ví) θ Mo (V); W (VI) θ W (V).
Sekundární bateriový článek pro elektromobily má tloušťku elektrolytu (E) až 100 pm; katoda (K) a anoda (A) má každá tloušťku 100 až 1000 pm.
Úkolem předloženého vynálezu je především zlepšení vynálezu dle CZ PV2017-859 A3, korespondující s WO 2019129316 A1 a SK UV 9275 Y1 týchž přihlašovatelů a také odstranění uvedených nevýhod stávajícího stavu techniky.
Podstata vynálezu
Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí podle předvýznaku 1. nároku tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sekundární bateriový článek na bázi skla obsahuje nejméně jednu kompozitní vrstvu katody, elektrolytu a anody. Tyto kompozitní vrstvy jsou ve směsi na bázi mikro a nanovláken a mikro a nanočástic skel s prvními aditivy a s druhými aditivy na povrchu. První aditiva jsou lokalizována na povrchu mikro a nanočástic skel. Druhá aditiva jsou na povrchu mikro a nanovláken z mikro a nanočástic skel. Každá tato kompozitní vrstva
- 5 CZ 309795 B6 obsahuje 0,1 až 10,0 % obj. prvního aditiva na povrchu mikro a nanočástic pro zvýšení elektrochemické oxidačně-redukční aktivity těchto kompozitních vrstev; 0,1 až 10,0 % obj. druhého aditiva na povrchu mikro a nanovláken a mikro a nanočástic pro zvýšení adheze těchto kompozitních vrstev; a 80 až 99,8 % obj. zvoleného skla. Každá tato kompozitní vrstva katody, elektrolytu a anody vykazuje pozvolnou změnu funkčně-gradientní koncentrace nepohyblivých složek kompozitních vrstev ve směru od katody 20 k anodě v závislosti na vzdálenosti mezi kolektorem katody a protilehlým kolektorem anody a v obráceném směru. Pohyblivou složkou v těchto sklech je buď kation lithný Li+ nebo kation sodný Na+.
Hlavní výhodou vynálezu je bateriový článek na bázi anorganického skla a tudíž nehořlavý. Obsah amorfního skla umožňuje přesné nastavení vlastností a funkčně-gradientní koncentrace. Skelné materiály snadno vytvářejí vláknité struktury. Nepohyblivé části vícesložkového skla mají kolem sebe velký volný prostor umožňující snadný transport iontů lithných a sodných všemi směry. Mikro a nanovlákna a mikro a nanočástice umožňují vytvoření pružných kompozitních vrstev i z těchto čistě anorganických skel, a tudíž nehořlavých materiálů. Tyto kompozitní vrstvy umožňují získání funkčně-koncentračního gradientu. Lze snadno volit různou tloušťku vrstev a tím hustotu energie v bateriovém článku a jeho výkon. Pozvolnou změna funkčně-gradientní koncentrace nepohyblivých složek kompozitních vrstev ve směru od katody k anodě v sekundárním bateriovém článku a obráceně zajišťuje jeho příznivou funkci. V daném směru je vytvořen funkčně-gradientní koncentrace tak, aby sledované vlastnosti se v tomto směru měnily co nejvíce spojitě. Daný směr je určen pohybem iontů, především iontu lithia Li+ případně sodíku Na+ během nabíjení a vybíjení sekundárního bateriového článku.
Je výhodné, když kompozitní vrstvy katody, kompozitní vrstvy elektrolytu a kompozitní vrstvy anody jsou uspořádány vzájemně paralelně a těsně za sebou, což zajišťuje jednak kompatibilitu katody, elektrolytu a anody sekundárního bateriového článku a též zajišťuje požadovanou a nastavitelnou změnu funkčně-gradientní koncentrace.
S výhodou vrstvy katody a anody vykazují větší tloušťku, než je šířka vrstev elektrolytu. Jednotlivé vrstvy katody a anody mohou mít např. tloušťku v rozmezí 0,9 až 2,8 mm a jednotlivé vrstvy elektrolytu mohou mít např. tloušťku v rozmezí 0,1 až 0,4 mm. Je tak možno dosáhnout dostatečně vysokou kapacitu sekundárního bateriového článku a s tím související vysokou hodnotu hustoty energie a výkonu bateriového článku.
Sekundární bateriový článek může být v podstatě plochý, s celkovou výškou 90 mm, s celkovou délkou 60 mm a celkovou tloušťkou 6 mm, a s celkovou hmotností v rozmezí 33 až 38 g. Tyto parametry je možno měnit podle požadavků použití.
Je také výhodné, když první aditivum pro katodu, první aditivum pro elektrolyt a první aditivum pro anodu je krystalické aditivum, jako je kovová měď Cu, kovové železo Fe, kovový křemík Si, kovový nikl Ni a kovový hliník Al, kovový Mn, kovový Co, kovový V, kovový Mo, kovový W, jejich amorfní slitiny jako kovová skla nebo jejich oxidy, karbid křemíku SiC, chlorid lithný LiCl, chlorid sodný NaCl a prvky Mn, Fe, Co, Ni, V, Mo, W, O tvořící pevné roztoky se strukturou spinelu. První aditiva zvyšují především elektronovou vodivost a efektivitu přenosu elektrického náboje a rychlost oxidačně redukčních reakcí.
Dále je výhodné, když druhé aditivum pro katodu, druhé aditivum pro elektrolyt a druhé aditivum pro anodu je alespoň jedna sloučenina ze skupiny zahrnující LiPO3, NaPO3, Li3BO3, Na3BO3, Al2O3, přičemž druhé aditivum představuje krystalické nebo skelné částice. Druhá aditiva přispívají k adhezi jednotlivých kompozitních vrstev elektrod a elektrolytu a usnadňují přestup hmoty přes rozhraní mezi jednotlivými kompozitními vrstvami.
Vynález se také týká způsobu výroby sekundárního bateriového článku pro elektromobily, obsahující amorfní skelné materiály a mikro a nanomateriály, jehož podstata spočívá v tom, že způsob obsahuje tři základní způsobové kroky.
- 6 CZ 309795 B6
První způsobový krok pro přípravu pružných anorganických kompozitních vrstev s funkčně gradientní koncentrací pro katodu, elektrolyt a anodu, jež obsahující mikro a nanovlákna a mikro a nanočástice na bázi amorfních skel, prvních aditiv a druhých aditiv, technologií elektrostatického zvlákňování elektrospiningu.
Druhý způsobový krok pro přípravu vrstevnaté katody, vrstevnatého elektrolytu a vrstevnaté anody slisováním těchto vrstev.
Třetí způsobový krok pro sestavení sekundárního bateriového článku z vrstevnaté katody, vrstevnatého elektrolytu a vrstevnaté anody, včetně připojení kolektorů a následného vakuového zatavení bateriového článku do plastového obalu.
Podrobněji
První způsobový krok s výhodou zahrnuje přípravu jednotlivých kompozitních vrstev katody, elektrolytu a anody), obsahující následující technologické kroky, řazené chronologicky:
• Příprava chemického složení lithného nebo sodného vícesložkového skla a příprava chemického složení prvních aditiv.
• Příprava sklářských kmenů pro zvolená skla a příprava surovin pro zvolená první aditiva, aby tato výsledná kompozitní vrstva obsahovala 0, 1 až 10 % obj. těchto prvních aditiv.
• Tavení lithného nebo sodného vícesložkového skla pro katodu; vícesložkového skla pro elektrolyt; a vícesložkového skla pro anodu (A), bez prvních aditiv při teplotě v rozmezí 300 až 1500 °C v závislosti na typu skel.
• Chlazení utavených skel v řízené atmosféře nebo na vzduchu pro dosažení potřebné oxidační nebo redukční atmosféry.
• Drcení vychlazených skel na skelné střepy, a to na menší skelné částice/skelný prášek o velikosti řádově milimetrů až mikrometrů;
• Přidání k těmto skelným střepům skla první aditivum pro katodu; první aditivum pro elektrolyt; a první aditivum pro anodu, kde první aditiva jsou ze skupiny, zahrnující Cu, Fe, Si, Al, Mn, Fe, Co, Ni, V, Mo, W, jejich amorfní slitiny jako kovová skla, nebo oxidy, SiC, LiCI, NaCl, a prvky Mn, Fe, Co, Ni, V, Mo, W, O ve formě sloučenin tvořících pevné roztoky se strukturou spinelu v takovém množství, aby výsledná kompozitní vrstva katody nebo elektrolytu nebo anody obsahovala na 80 až 99,8 % obj. zvoleného skla 0,1 až 10 % obj. těchto prvních aditiv.
• Smíchání příslušných skel a odpovídajících prvních aditiv do směsí pro danou kompozitní vrstvu.
• Mletí takto získané směsi skel s odpovídajícími prvními aditivy na prášky skelných a/nebo krystalických částic ve formě mikro a nanočástic o středním průměru od 1 nm do 100 pm.
• Zamíchání těchto získaných práškových směsí mikro a nanočástic do kapalné směsi nosných polymerů pro zlepšení zvlákňování k získání kapalných disperzních směsí.
• Dávkování těchto disperzních kapalných směsí do nejméně jednoho zásobníku zvlákňovacího zařízení-elektrospineru.
• Elektrostatické zvlákňování a tažení mikro a nanovláken z disperzních kapalných směsí ve
- 7 CZ 309795 B6 zvlákňovacím zařízení, v němž probíhá řízené zvlákňování na mikro a nanovlákna a mikro a nanočástice částice o středním průměru od 1 nm do 100 pm při získání funkčně-gradientní koncentrace díky různému složení směsí a též různým rychlostem toku směsi do zvlákňovacího zařízení.
• Tepelné zpracování získaných mikro a nanovláken při teplotě 200 až 1200 °C včetně jejich zchlazení na okolní teplotu.
• Exfoliace pro zvětšení povrchu získaných mikro a nanovláken, vedoucí k výraznému zvýšení poměru jejich povrchu k objemu a pro zvýšení adheze pro následné lisování do kompozitních vrstev.
• Nanášení, sprejování, namáčení nebo natírání povrchu mikro a nanovláken druhými aditivy pro zvýšení adheze, kde druhé aditivum je alespoň jedna sloučenina ze skupiny zahrnující LÍPO3, NaPO3, LÍ3BO3, Na3BO3, AI2O3, která se přidává v takovém množství, aby výsledná kompozitní vrstva katody nebo elektrolytu nebo anody obsahovala 0,1 až 10 % obj. těchto druhých aditiv.
• Lisování takto získaného kompozitu do kompozitních vrstvy mikro/nanovláken pro katodu nebo elektrolyt nebo pro anodu.
• Tepelné zpracování kompozitní vrstvy včetně chlazení získané kompozitní vrstvy při teplotě 100 až 500 °C.
• Získání hotové vrstevnaté kompozitní vrstvy s funkčně-gradientní koncentrací pro vytvoření sestavy katody, elektrolytu a anody sekundárního bateriového článku.
Druhý způsobový krok s výhodou představuje přípravu katody, elektrolytu a anody a zahrnuje následující technologické kroky, řazené chronologicky:
• Příprava počtu volitelných kompozitních vrstev pro katodu, pro elektrolyt a pro anodu.
• Slisování zvoleného počtu kompozitních vrstev pro katodu), pro elektrolyt a pro anodu.
• Finální získání kompozitních vrstev vrstevnatou katodu, pro vrstevnatý elektrolyt a pro vrstevnatou anodu.
Třetí způsobový krok s výhodou představuje sestavení bateriového článku a zahrnuje následující technologické kroky, řazené chronologicky:
• Příprava hotové vrstevnaté katody, hotové vrstevnatého elektrolytu a hotové vrstevnaté anody.
• Přiložení elektrod, katody a anody, k elektrolytu.
• Přiložení kolektoru ke katodě a kolektoru k anodě.
• Lisování do finálního sekundárního bateriového článku bez vnějšího obalu.
• Vakuové zatavení získané slisované sestavy do plastového obalu.
• Finalizace a získání (705) sekundárního bateriového článku B.
Hlavní výhodou tohoto způsobu je snadná a reprodukovatelná výroba při řízeném zvlákňování
- 8 CZ 309795 B6 a řízeném získání funkčně-gradientní koncentrace vrstev katody, elektrolytu a anody v požadovaném směru. K amorfním sklům se nově přidávají první aditiva a z této směsi se zvlákňováním vytváří mikro a nanovlákna. Dále se nově jejich povrchy pokrývají druhými aditivy. Tato aditiva významně přispívají k požadované elektrochemické a mechanické funkčnosti vytvořeného funkčně-koncentračního gradientu připravených kompozitních vrstev. Ovlivňují například elektronovou a iontovou vodivost v těchto vrstvách a také mechanickou soudržnost a elektrický kontakt kompozitních vrstev při objemových změnách ve vrstvách během činnosti bateriového článku, což má velký vliv například na hodnotu vnitřního odporu článku a jeho účinnost.
V tomto ohledu bylo voleno a odzkoušeno velké množství těchto skel a k nim vhodných směsí prvních a druhých aditiv a byly měřeny jejich vlastnosti. Samotné vytvoření funkčně-gradientní koncentrace kompozitních vrstev článku je popsáno dále v příkladných provedeních.
Jednotlivé technologické kroky popsané podrobněji se týkají speciálního zvlákňování mikro a nano částic kompozitů na bázi skla, optimální kapalné polymerní směsi, smísení do disperzní kapalné směsi pro zvlákňování v několika zásobnících a hledáním optimálních rychlostí výtoku kapalných disperzí z jednotlivých zásobníků. Tím se velmi flexibilně a variabilně řídí a ovlivňuje vytvoření funkčně-gradientní koncentrace výsledných kompozitních vrstev.
Sekundární bateriový článek se může s výhodou navíc sestavovat z kombinace několika kompozitních vrstev, čímž se dále může pozitivní vliv funkčně-gradientní koncentrace zvyšovat, a tím navyšovat hustotu energie v článcích, jejich cyklovatelnost a rychlost nabíjení či vybíjení.
Řada zvolených technologických kroků se může využít k přípravě jednotlivých preforem či meziproduktů, které mohou být vyrobeny, skladovány a použity v případě potřeby, nebo nasazeny do paralelních výrobních procesů. Například do zásoby lze připravit skla, směsi prvních nebo druhých aditiv, jejich suché směsi, a především jednotlivé kompozity a rovněž dokonce i kompozitní vrstvy.
Technologickým postupem podle tohoto vynálezu se získají sestavy funkčně gradientních kompozitních vrstev katody, elektrolytu a anody, které jsou optimalizovány tak, že tvoří pevný sekundární bateriový článek s pevným elektrolytem (all-solid-state-battery), tj. neobsahující organický kapalný elektrolyt, který je v současných sekundárních bateriích nezbytnou základní složkou uváděnou v patentové literatuře. V současnosti běžně používaný elektrolyt na bázi organických kapalin může být velmi slabým místem současných sekundárních bateriových článků v elektromobilech, neboť je hořlavý a snadno podléhá rozkladu na jedovaté plynné produkty, například účinkem lokálně zvýšené teploty nebo účinkem zvýšeného napětí. Tyto kritické situace mohou nastat při nevhodném nabíjení článku nebo při nehodě elektromobilu, kdy se narušuje integrita baterie. Sekundární bateriové články podle tohoto vynálezu s pevným elektrolytem jsou v současné době považovány za nejvhodnější technologii pro následující novou generaci bezpečných baterií pro elektromobily.
Sekundární bateriový článek podle tohoto vynálezu je nehořlavý, protože je založen na bázi anorganického skla. Použité výchozí anorganické sklo je svým amorfním charakterem blízké amorfnímu charakteru kapalin, proto může být velmi perspektivní náhradou kapalných elektrolytů. Vzhledem k tomu, že tento článek obsahuje amorfní sklo s velkým volným objemem ve struktuře, je tento článek schopen dosahovat i lepších vlastností oproti článkům s hořlavým kapalným organickým elektrolytem. Nevýhoda křehkosti málo pružného skla je právě inovativně ve vynálezu řešena tvorbou pružných kompozitních vrstev.
Je rovněž výhodné pro usnadnění zvlákňování, když směs nosného polymeru 10 obsahuje směs TEOS, PVP, ethanolu a vodu, a to TEOS v množství 0,01 až 10,37 % mol.; PVP v množství 0,03 až 0,05 % mol.; ethanol v množství 68,85 až 99, 92 % mol.; a vodu v množství 0,02 až 20,75 % mol.
- 9 CZ 309795 B6
Objasnění výkresů
Vynález je podrobně popsán dále na neomezujících příkladech provedení a pro objasnění je zobrazen na připojených schematických výkresech.
Sekundární bateriový článek je znázorněn schematicky na obrázcích 1.1 až 1.5, kde představují:
obrázek 1.1 sekundární bateriový článek v axonometrickém pohledu s jednou vrstvou katody, anody a elektrolytu;
obrázek 1.2 sekundární bateriový článek v axonometrickém pohledu se dvěma vrstvami katody, anody a elektrolytu;
obrázek 1.3 sekundární bateriový článek v axonometrickém pohledu se třemi vrstvami katody, anody a elektrolytu;
obrázek 1.4 axonometrický pohled na sekundární bateriový článek s jednou vrstvou katody, elektrolytu a anody, s naznačenou drsností mezi nimi; a obrázek 1.5 pohled na čelní stranu sekundárního bateriového článku z obr. 4 s detailním zobrazením drsnosti mezi katodou, elektrolytem a anodou.
Příprava sekundárních bateriových článků je schematicky objasněna na připojených obrázcích 2.1 - 2.8, kde znázorňuje:
obrázek 2.1 (2.1a, 2.1b) přípravu vrstev katody;
obrázek 2.2 (2.2a, 2.2b) přípravu vrstev elektrolytu;
obrázek 2.3 (2.3a, 2.3b) přípravu vrstev anody;
obrázek 2.4 přípravu katody;
obrázek 2.5 přípravu elektrolytu;
obrázek 2.6 přípravu anody;
obrázek 2.7 příprava sekundárního bateriového článku; a obrázek 2.8 schematické znázornění zařízení na zvlákňování - elektrospining.
Vlastnosti bateriového článku, jako je nabíjení či vybíjení a impedance jsou schematicky znázorněny na obrázcích 3.1 až 3.4, z nichž představuje obrázek 3.1 pohled na čelní stranu sekundárního bateriového článku z obr. 1 s jednou vrstvou katody, anody a elektrolytu, se schematickým zobrazením při vybíjení a nabíjení sekundárního bateriového článku;
obrázek 3.2 nabíjecí křivku pro sekundární bateriový článek se dvěma vrstvami katody, anody a elektrolytu, zobrazující závislost napětí tohoto článku na čase během jeho nabíjení;
obrázek 3.3 nabíjecí a vybíjecí křivky pro sekundární bateriový článek se dvěma vrstvami katody, anody a elektrolytu, zobrazující závislost nabíjecího/vybíjecího proudu na čase nabíjení a vybíjení; a
- 10 CZ 309795 B6 obrázek 3.4 impedanční spektrum bateriového článku se dvěma vrstvami katody, anody a elektrolytu.
Vrstvy skleněných vláken sekundárního bateriového článku ukazují např. obrázky 4.1 až 4.4, kde představuje obrázek 4.1 snímek jedné vrstvy vláken skla GMCK katody z optického mikroskopu;
obrázek 4.2 snímek jedné vrstvy vláken skla GFIC elektrolytu z optického mikroskopu; a obrázek 4.3 snímek jedné vrstvy vláken skla GFIC elektrolytu z elektronového mikroskopu a obrázek 4.4 snímek jedné vrstvy vláken skla GMCA anody z optického mikroskopu.
Sekundární bateriový článek představují obrázky 5.1 a 5.2, z nichž ukazuje obrázek 5.1 pohled na sekundární bateriový článek ze strany katody; a obrázek 5.2 pohled na sekundární bateriový článek ze strany anody.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1 (Obr. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5)
1. Sekundární bateriové články B - vrstvy
Obrázky 1.1, 1.2, 1.3 znázorňují schematicky konkrétní možnosti řešení sekundárního bateriového článku B1 (obr. 1.1), B2 (obr. 1.2) a B3 (obr. 1.3). Každý sekundární bateriový článek sestává ze tří podstatných částí, a to katody K a anody A, mezi nimiž je uspořádán elektrolyt E. Z vnější strany katody K je uspořádán vždy kolektor KK a z vnější strany anody A je uspořádán kolektor KA.
Sekundární bateriový článek Bd, B2, B3 má v příkladném provedení tvar kvádru a tvar kvádru mají i anoda A, katoda K a elektrolyt E.
Každý sekundární bateriový článek Bd, B2, B3 má výšku h, délku l a tloušťku w. (obr. 1.1, 1.2, 1.3).
Sekundární bateriový článek B1 (obr. 1.1), sekundární bateriový článek B2 (obr. 1.2) a sekundární bateriový článek B3 (obr. 1.3) v příkladném provedení mají např., celkovou výšku h_90 mm, celkovou délku l 60 mm a celkovou tloušťku w 6 mm.
Obrázky 1.1, 1.2, 1.3 jsou schematické, ve skutečnosti se jedná, vzhledem k rozměru tloušťky w, vždy v podstatě o ploché sekundární bateriové články B1, B2, B3. Odlišná hmotnost bateriových článků Bd, B2, B3 je dána počtem vrstev katody K, anody A a elektrolytu E.
1.1 Sekundární bateriový článek B1 s jednou vrstvou katody Kd, anody Ad a elektrolytu Ed (Obr. 1.1)
- 11 CZ 309795 B6
Na obrázku 1.1 je zachycena sestava sekundárního bateriového článku B1, která je tvořena katodou K1, anodou A1 a elektrolytem E1.
Katoda K1 je tvořena jednou vrstvou K1.1.
Elektrolyt E1 j e tvořen jednou vrstvou E1.1.
Anoda A1 je tvořena jednou vrstvou A1.1.
Sekundární bateriový článek B1 v konkrétním příkladném provedení má např., celkovou výšku h 90 mm, celkovou délku 1 60 mm a celkovou tloušťku w 6 mm.
Sekundární bateriový článek B1 má v příkladném konkrétním provedení např.
tloušťku WK1.1 jědné vrstvy K1.1 katody K1 odpovídající 2,8 mm;
tloušťku WE1.1. jedné vrstvy E1.1 elektrolytu E1 odpovídající 0,4 mm; a tloušťku Wau/edné vrstvy A1.1 anody A1 odpovídající 2,8 mm.
Výška h a délka l katody K1.1, anody A1.1 a elektrolytu E1.1 odpovídají celkovým rozměrům sekundárního bateriového článku B1.
Krajní vrstvy K1.1 katody K1 a A1.1 anody A1 jsou větší oproti střední vrstvě E1.1 elektrolytu E1, aby bylo možno dosáhnout dostatečně vysoké kapacity sekundárního bateriového článku B1.
Drsnost Ra mezi těmito vrstvami K1.1, E1.1 a A1.1 je v rozmezí 50 až 100 mikronů, s výhodou 60 až 90 mikronů, s výhodou 70 až 80 mikronů, s výhodou 60 mikronů. Tato drsnost Ra napomáhá lepšímu vzájemnému propojení rozhraní mezi vrstvami K1.1, E1.1 a A1.1 a lepší soudržnosti mezi nimi „zipovacím“ efektem.
Hmotnost tohoto bateriového článku B1 je cca 33 g.
1.2 . Sekundární bateriový článek B2 se dvěma vrstvami katody K2, elektrolytu E2 a anody A2 (Obr. 1.2)
Na obrázku 1.2 je znázorněna sestava sekundárního bateriového článku B2, která je tvořena katodou K2, elektrolytem E2 a anodou A2
Katoda K2 je tvořena dvěma vrstvami K2.1, K2.2.
Elektrolyt E2 je tvořen dvěma vrstvami E2.1, E2.2.
Anoda A2, je tvořena dvěma vrstvami A2.1, A2.2.
Přitom sekundární bateriový článek B2 má ve směru řazení za sebou (obr. 1.2) katodu K2, která má první vrstvu K2.1 a druhou vrstvu K2.2;
elektrolyt E2 s první vrstvou E2.1 a druhou vrstvou E2.2; a anodu A2 s první vrstvou A2.1 a druhou vrstvou A2.2.
Sekundární bateriový článek B2 v konkrétním příkladném provedení má celkovou výšku h 90 mm, celkovou délku l 60 mm a celkovou tloušťku w 6 mm. Celková výška h a celková délka l, dohromady všech vrstev K2.1, K2.2 katody K2, všech vrstev A2.1, A2.2 anody A2 a všech vrstev E2.1, E2.2 elektrolytu E2, je shodná s celkovou výškou has celkovou délkou l sekundárního bateriového článku B2.
Sekundární bateriový článek B2 má tloušťku WK2.1 první vrstvy K2.1 katody K2 odpovídající 1,4 mm a tloušťku WK2.2 druhé vrstvy K2.2 katody K2 také 1,4 mm;
- 12 CZ 309795 B6 tloušťku WE2.1 první vrstvy E2.1 elektrolytu E2 odpovídající 0,2 mm a tloušťku WE2.ě druhé vrstvy E2.2 elektrolytu E2 také 0,2 mm; a tloušťku Wa2.iprvní vrstvy A2.1 anody A2 odpovídající 1,4 mm a tloušťku WA2.2 druhé vrstvy A2.2 anody A2 též 1,4 mm.
Krajní vrstvy katody K1 a anody A1 mají větší tloušťku oproti mezi nimi uspořádaného elektrolytu E2 k dosažení dostatečně vysoké kapacity sekundárního bateriového článku B2.
Drsnost Ra mezi těmito vrstvami K2.1, K2.2; E2.1, E2.2; a A2.1, A2.2; a též mezi rozhraními mezi katodou K2 a elektrolytem E2; a mezi elektrolytem E2 a anodou A2; je v rozmezí 30 až 80 mikronů, s výhodou 40 až 70 mikronů, a výhodou 50 až 60 mikronů a s výhodou kolem 55 mikronů. Tato drsnost Ra napomáhá příznivému vzájemnému propojení jednotlivých rozhraní a lepší soudržnosti mezi nimi „zipovacím“ efektem.
Hmotnost tohoto bateriového článku B2 je cca 38 g.
1.3 . Sekundární bateriový článek B3 se třemi vrstvami katody K3, anody A3 a elektrolytu E3 (Obr. 1.3)
Na obrázku 1.3 je ukázána sestava sekundárního bateriového článku B3, která obsahuje katodou K3, anodu A3 a elektrolyt E3.
Katoda K3 je tvořena třemi vrstvami K3.1, K3.2, K3.3.
Elektrolyt E3 je tvořen třemi vrstvami E3.1, E3.2, E3.3.
Anoda A3 je tvořena třemi vrstvami A3.1, A3.2, A3.3.
Ve směru posloupnosti umístění jsou uspořádány paralelně za sebou (obr. 1.3) katoda K3 obsahující první vrstvu K3.1, druhou vrstvu K3.2 a třetí vrstvu K3.3; elektrolyt E3 obsahující první vrstvu E3.1, druhou vrstvu E3.2 a třetí vrstvu E3.3; anoda A3 obsahující první vrstvu A3.1, druhou vrstvu A3.2 a třetí vrstvu A3.3.
Sekundární bateriový článek B3 v konkrétním příkladném provedení má celkovou výšku h 90 mm, celkovou délku l 60 mm a celkovou tloušťku w 6 mm. Celková výška h a celková délka l, dohromady všech vrstev K3.1, K3.2, K3.3 katody K3, všech vrstev A3.1, A3.2, A3.3 anody A3 a všech vrstev E3.1, E3.2, E3.3 elektrolytu E.3, je shodná s celkovou výškou ha s celkovou délkou l sekundárního bateriového článku B3.
Sekundární bateriový článek B3 má však rozdílnou tloušťku jednotlivých vrstev, kde je tloušťka WK3.1 první vrstvy K3.1 katody K3 je 1,0 mm, tloušťka Wk3.2 druhé vrstvy K3.2 katody K3 je 0,9 mm a tloušťka WK3.3 třetí vrstvy K3.3 katody K3 je 0,9 mm;
tloušťka WE3.1 první vrstvy E3.1 elektrolytu E3 je 0,1 mm tloušťka we3.2 druhé vrstvy E3.2 elektrolytu E3 je 0,2 mm a tloušťka we3.3 třetí vrstvy E3.3 elektrolytu E3 je 0,1 mm;
tloušťka Wa3.1 p rvní vrstvy A3.1 anody A3 je 0,9 mm, tloušťka WA3.2 druhé vrstvy A3.2 anody A3 je 0,9 mm a tloušťka WA3.3 třetí vrstvy A3.3 anody A3 je 1,0 mm.
Celkově mají krajní elektrody, katoda K3 a anoda A3, větší tloušťku, oproti mezi nimi uspořádaného elektrolytu E3, aby bylo možno dosáhnout dostatečně vysoké kapacity sekundárního bateriového článku B3.
Drsnost Ra na rozhraní mezi těmito vrstvami K3.1, K3.2, K3.3; E3.1, E3.2, E3.3; a A3.1, A3.2,
- 13 CZ 309795 B6
A3.3; a též na rozhraními mezi katodou K3 a elektrolytem E3; a mezi elektrolytem E3 a anodou A3; je v rozmezí 30 až 80 mikronů, s výhodou kolem 50 mikronů. Tato drsnost Ra napomáhá příznivému vzájemnému propojení jednotlivých rozhraní a lepší soudržnosti mezi nimi „zipovacím“ efektem.
Hmotnost tohoto bateriového článku B2 je cca 38 g.
1.4 Drsnost mezi vrstvami sekundárního bateriového článku B (Obr. 1.4, 1.5)
Na obrázku 1.4 je schematicky v axonometrickém pohledu vyobrazen sekundární bateriový článek B1 s jednou vrstvou K1.1 katody K1, jednou vrstvou A1.1 anody A1 a jednou vrstvou E1.1 elektrolytu E1. Zjednodušeně a schematicky jsou znázorněna dvě rozhraní, naznačené zvlněnou čarou. Jedno rozhraní je mezi vrstvou K1.1 katody K1 a vrstvou E1.1 elektrolytu E1. Druhé rozhraní je mezi vrstvou E1.1 elektrolytu E1 a rozhraním A1.1 anody A1. Obě rozhraní zjednodušeně představují drsnost vnějších kontaktních povrchů mezi katodou K1 a elektrolytem E1; a drsnost vnějších kontaktních povrchů mezi elektrolytem E1 a anodou A1.
Na obrázku 1.5 je znázorněna čelní stěna sekundárního bateriového článku B1 tloušťkou Wk1.1 katody K1, tloušťka waki.i anody A1 a tloušťka wei.i elektrolytu E1, mezi nimiž je ve zvětšeném schematickém měřítku znázorněna drsnost R.
Příklad 2
2. Vytvoření funkčně-gradientní koncentrace kompozitních vrstev sekundárního bateriového článku B
Chemické složení pro funkčně-gradientní vrstvy sekundárního bateriového článku B vychází z nejbližšího stavu techniky obou přihlašovatelů, CZ PV2017-859 a zahrnuje vícesložková skla pro katodu K, elektrolyt E a anodu A, která jsou v tomto vynálezu označena vztahovými značkami GMCK, GMCA, a GMCE. Značky GMCK a GMCA se vztahují ke sklům pro elektrody, katodu K a anodu A, značka GFIC ke sklu pro elektrolyt E.
Značka GMCK (Glass Mixed Conductor Cathode) označuje sklo GMCK pro katodu K, jehož obsah je v katodě K nejvyšší.
Značka GMCA (Glass Mixed Conductor Anode) označuje sklo pro anodu A, jehož obsah je v anodě A nejvyšší.
Obě tato vícesložková skla GMCK a GMCA mají smíšenou vodivost iontovou a elektronovou, kde měrná iontová vodivost je při 25 °C nejméně 10-4 S.m-1 a měrná elektronová vodivost je při 25 °C nejméně 10-6 S.m-1.
Značka GFIC (Glass Fast Ion Conductor) označuje sklo GFIC pro elektrolyt E, jehož obsah je v elektrolytu nejvyšší. Sklo GFIC pro elektrolyt E týká se vícesložkového skla s vysokou iontovou vodivostí a velmi nízkou vodivostí elektronovou, jehož iontová vodivost je při 25 °C nejméně 10-3 S.m-1 a elektronová vodivost při 25 °C je minimálně o 3 řády nižší než jeho měrná iontová vodivost a odpovídá hodnotě maximálně 10-6 S.m-1. Toto sklo GFIC pro elektrolyt E je izotropní a má v podstatě ve všech směrech stejnou hodnotu a elektronovou vodivost minimálně o 3 řády nižší, než je jeho měrná iontová vodivost.
Tato vícesložková skla GMCK, GMCA a GFIC jsou přítomna v katodě K, v anodě A a v elektrolytu E ve formě skelných mikro a nanovláken, skelných částic a amorfního skla. Jednotlivé složky těchto skel GMCK, GMCA a GFIC jsou voleny tak, aby vytvářely funkčněgradientní koncentrace. Funkčně-gradientní koncentrací se rozumí změna koncentrace
- 14 CZ 309795 B6 nepohyblivých složek těchto skel v závislosti na vzdálenosti mezi kolektorem KK katody K a protilehlým kolektorem KA anody A. Pohyblivou složkou v těchto sklech GMCK, GMCA a GFIC je buď kation lithia Li+ nebo kation sodíku Na+.
Zlepšené řešení podle tohoto vynálezu představují tato vícesložková skla GMCK pro katodu K, sklo GMCA pro anodu A a sklo GFIC pro elektrolyt E, doplněná (na základě možné zvolené výroby, dále podrobně popsané) o aditiva, přidávaná k utaveným sklům GMCK, GMCA a GFIC.
Po utavení a vychlazení skel GMCK; GMCA; GFIC se k nim přidávají vhodná první aditiva, a to první aditivum A1K pro katodu K; první aditivum A1A pro anodu A; a první aditivum A1E pro elektrolyt E; hlavně pro zvýšení vodivosti a efektivity přenosu elektrického náboje a rychlosti redukčně-oxidačních reakcí.
Po vypálení na mikro/nanovláken a jejich exfoliaci se dále přidávají na jejich povrch další vhodná druhá aditiva, a to druhé aditivum A2K pro katodu K, druhé aditivum A2A pro anodu a druhé aditivum A2E pro elektrolyt E, především pro zvýšení soudržnosti a adheze vrstev a usnadnění přestupu hmoty přes rozhraní mezi jednotlivými vrstvami.
Tato první aditiva A1K; A1A; A1E; a druhá aditiva A2K; A2A; A2E se přidávají ke sklům GMCK; GFIC; GMCA řádově v desetinách či jednotkách % obj.
Přidáním vhodných aditiv A1K, A1A, A1E; A2K, A2A, A2E ke vhodným vícesložkovým sklům GMCK; GMCA; GFIC vznikají kompozity a po slisování kompozitů hotové kompozitní vrstvy na bázi těchto skel.
Kompozit v tomto vynálezu představuje směs skel GMCK, GFIC a GMCA ve směsi s prvními aditivy A1K, A1E, A1A, anorganickými převážně skelnými případně kovovými vlákny a s druhými aditivy A2K, A23E, A2A. Anorganická vlákna vzniknou výpalem polymerních nanovláken po dále vysvětlené tepelné úpravě po elektrostatickém zvlákňování, při němž se za zvýšené teploty odchází organická složka.
Hotová kompozitní vrstva se rozumí v tomto vynálezu slisovaný kompozit.
Pro rozložení kompozitních vrstev na bázi skel GMCK pro katodu K, na bázi skel GMCA pro anodu A a na bázi skel GFIC pro elektrolyt E, platí následující.
Katoda K obsahuje vrstvu kompozitu na bázi skla GMCK s příměsí kompozitu na bázi skla GFIC. Tato příměs skla GFIC je v katodě K situována v blízkosti elektrolytu E, a to na straně přivrácené ke kolektoru KK.
Anoda A obsahuje vrstvu kompozitu na bázi skla GMCA s příměsí kompozitu skla GFIC. Tato příměs skla GFIC je v anodě A situována v blízkosti elektrolytu E, a to na straně přivrácené ke kolektoru KA.
Procentuální objemový podíl vrstev kompozitů na bázi skel GMCK/GFIC v katodě K a vrstev kompozitů na bázi skel GMCA/GFIC v anodě A odpovídá hodnotám od 100 do 0,1; a s výhodou od 90 do 10; s výhodou od 60 do 40 s výhodou kolem 50.
V následujících tabulkách 1, 2 a 3 jsou blíže objasněna možná příkladná a odzkoušená vytvoření funkčně-gradientních koncentrací v kompozitních vrstvách na bázi skel GMCK; GMCA; GFIC a vhodných aditiv A1K, A1A, A1E; A2K, A2A, A2E.
V dalším textu a tabulkách se užívají % hmotn., % mol. a % obj.
Hmotnostní % jsou určena např. pro navažování směsi mikro a nanoprášků na bázi skla a prvních
- 15 CZ 309795 B6 aditiv v tabulkách 10,14,18, 22, 26, 30, 34, 38. 42, nebo pro složení kapalné disperze prášků na bázi skla a prvních aditiv v nosném polymeru v tabulkách 12,16,20, 24, 28, 32,36, 40, 44.
Molární % jsou vhodná pro chemické složení složek skel v tabulkách 4, 5, 6, 7, 8, 9 nebo složek prvních aditiv v tabulkách 4b, 5b, 6b, 7b, 8b, 9b nebo složek druhých aditivch v tabulkách 4c, 5c, 6c, 7c, 8c, 9c. Molární % jsou uvedena též v tabulkách 11, 15, 19, 23, 27, 31, 35, 39, 43 pro jednotlivé složky polymerních směsí, z nichž vyplývá počet strukturních jednotek složek TEOS a PVP i jejich rozpouštědel ethanolu a vody. Molární % jsou určena pro posuzování struktury sloučenin, chemických reakcí, vzájemných poměrů počtu atomů a z nich vzniklých molekul, např. pevné roztoky spinelů NiFe2O4 nebo Fe3O4.
Objemová % jsou určena pro vyjádření objemu roztoků a jejich toku, např. při jejich míšení nebo vytlačování ze zvlákňovacího zařízení. Rovněž v tabulkách 1, 2 a 3 umožňují objemová % přehledný a srozumitelný popis bateriových článků B s ohledem na posouzení důležité volumetrické hustoty energie.
2.1 Procentuální objemové složení kompozitních vrstev katody K, anody A a elektrolytu E pro vytvoření fůnkčně-gradientaí koncentrace v kompozitních vrstvách sekundárního bateriového článku B
2.1.1 Procentuální objemové složení kompozitních vrstev katody Kl, anody AI a elektrolytu El pro vytvoření fůnkčně-gradientaí koncentrace sekundárního bateriového článku Bl.
Tabulka 1
Procentuální objemové složení /etiné kompositaí vrstvy
Kl.l na bázi skla GMCK a aditiv AIK, A2Kpro katodu Kl;
El.l na bázi skla GFIC a aditiv A1E, A2E pro elektrolyt El; a
Al.l na bázi skla GMCA a aditiv A1A, A2A pro anodu AI;
pro sekundární bateriový článek Bl.
| Bl | Amorfní sklo | První aditivum | Druhé aditivum | ||
| GMCK | GFIC | GMCA | AIK, A1E, A1A | A2K, A2E, A2A | |
| % obj. | %obj. | % obj | %obj. | % obj. | |
| Katoda Kl | A1K | A2K | |||
| Vrstva Kl.l | 92,0 | 3,0 | - | 4,5 | 0,5 |
| Elektrolyt El | A1E | A2E | |||
| Vrstva El.l | - | 99,0 | - | 0,9 | 0,1 |
| Anoda AI | A1A | A2A | |||
| Vrstva Al.l | - | 5,0 | 90,0 | 4,5 | 0,5 |
Každá vrstva skel spolu s příslušnými aditivy dává sumu 100 % obj., a to vrstva Kl.l obsahující sklo GMCK a GFIC s prvním aditivem A1K a druhým aditivem A2K; vrstva El.l obsahující sklo GFIC a první aditivum A1E a druhé aditivum A2E; a rovněž vrstva Al.l obsahující sklo GFIC a GMCA a první aditivum A1A a druhé aditivum A2A.
V sekundárním bateriovém článku Bl kompozitní vrstva Kl.l obsahuje převážně amorfní sklo GMCK s aditivy AIK, A2K pro katodu KE Tato kompozitní vrstva Kl.l plní fůnkci aktivní hmoty a zajišťuje vysoce účinný přenos náboje z iontů Li+ nebo Na+ v katodě KE Vedle toho kompozitní vrstva Kl.l obsahuje velmi malé množství amorfního skla GFIC pro elektrolyt E,
- 16CZ 309795 B6 které zajišťuje dobrý transport iontů Li+ nebo Na+ a jejich interkalaci do celého objemu katody Kl. Objemový poměr obsahu skel GMCK/GFIC může být obecně v rozsahu 0,1 až 100, v tomto konkrétním případě 30,7. Rovněž v menším množství obsahuje krystalické kovové částice aditiv AIK, A2K, které zvyšují elektronovou vodivost tohoto kompozitu, a tím usnadňují transport elektronů ke kolektoru KKkatody Kl.
Kompozitní vrstva El.l elektrolytu El má fůnkci separátoru, oddělujícího katodu Kl od anody AI, a je tvořena amorfním sklem GFIC, jehož vysoká iontová vodivost, spolu s menším množstvím krystalických kovových aditiv A1E, A2E, umožňuje rychlý transport nosičů náboje při současně velmi nízké vodivosti elektronové, a tím dobře zabraňuje samovybíjení sekundárního bateriového článku B1.
Kompozitní vrstva Al.l anody AI obsahuje převážně amorfní vícesložkové sklo GMKA plnící fůnkci aktivní hmoty, zajišťující vysoce účinný přenos náboje a redox reakci iontů Li+ nebo Na+. Dále obsahuje malé množství amorfního skla GFIC zajišťujícího dobrý transport iontů Li+ nebo Na+ a jejich interkalaci do celého objemu anody AI. Poměr obsahu skel GMCA/GFIC je 18,0. Rovněž v menším množství obsahuje krystalické kovové částice aditiv A1A, A2A, které zvyšují elektronovou vodivost tohoto kompozitu, a tím usnadňují transport elektronů ke kolektoru KA anody AI.
2.1.2 Procentuální objemové složení kompozitních vrstev katody K2, anody A2 a elektrolytu E2 pro vytvoření fúnkčně-gradientní koncentrace sekundárního bateriového článku B2
Tabulka 2
Procentuální objemové složení dvou kompozitních vrstev
K2.1, K2.2 na bázi skla GMCK a aditiv AIK, A2K pro katodu K2;
E2.1, E2.2 na bázi skla GFIC a aditiv A1E, A2E pro elektrolyt E2; a
A2.1, A2.2 na bázi skla GMCA a aditiv A1A, A2A pro anodu A2;
| pro sekundární bateriový článek B2. B2 | Amorfní sklo | První aditivum | Druhé aditivum | ||
| GMCK | GFIC | GMCA | ΑΙΚ,ΑΙΕ, ΑΙΑ | A2K, A2E, A2A | |
| % obj | % obj. | % obj. | % obj | % obj. | |
| Katoda K2 | A1K | A2K | |||
| Vrstva K2.1 | 94,0 | 2,0 | - | 3,5 | 0,5 |
| Vrstva K2.2 | 75,0 | 23,0 | - | 1,8 | 0,2 |
| Elektrolyt E2 | A1E | A2E | |||
| Vrstva E2.1 | 8,0 | 91,8 | 0,1 | 0,1 | |
| Vrstva E2.2 | - | 94,7 | 4,9 | 0,2 | 0,2 |
| Anoda A2 | A1A | A2A | |||
| Vrstva A2.1 | - | 27,0 | 70,9 | 1,8 | 0,3 |
| Vrstva A2.2 | - | 4,0 | 92,0 | 3,5 | 0,5 |
Každá tato kompozitní vrstva daných skel spolu s příslušným prvním a druhým aditivem dává sumu 100 % obj. Tudíž, 100 % obj. má:
kompozitní vrstva K2.1 s prvním aditivem A1A a druhým aditivem A2K, kompozitní vrstva K2.2 s prvním aditivem A1A a druhým aditivem A2K;
kompozitní vrstva E2.1 s prvním aditivem A1E a druhým aditivem A2E,
- 17CZ 309795 B6 kompozitní vrstva E2.2 s prvním aditivem A1E a druhým aditivem A2E, kompozitní vrstva A2.1 s prvním aditivem A1A a druhým aditivem A2A, kompozitní vrstva A2.2 s prvním aditivem A1A a druhým aditivem A2A.
V sekundárním bateriovém článku B2 vrstva K2.1 obsahuje převážně amorfní sklo GMCK pro katodu K2 plnící funkci aktivní hmoty zajišťující redoxní reakce pro vysoce účinný přenos náboje z iontů Li+ nebo Na+. Vedle toho obsahuje malé množství amorfního skla GFIC pro anodu A zajišťujícího dobrý transport iontů Li+ nebo Na+ a jejich interkalaci do celého objemu katody. Poměr obsahu skel GMCK/GFIC je 47,0. Rovněž obsahuje krystalické kovové částice vhodných aditiv A1K, A2K, které zvyšují elektronovou vodivost tohoto kompozitu, a tím usnadňují transport elektronů ke kolektoru KK katody K.
V následné vrstvě K2.2 se mění poměr skel GMCK/GFIC na 3,3 a proto narůstá podíl iontové vodivosti. Tato vrstva K2.2 rovněž obsahuje malé množství krystalických kovových částic aditiv A1K, A2K. Tím vrstva K2.2 vytváří žádoucí funkčně gradientní přechod vlastností mezi katodou K a elektrolytem E a zajišťuje dobrou vzájemnou elektrochemickou a mechanickou kompatibilitu kompozitních vrstev katody a elektrolytu.
Vrstva E2.1 elektrolytu E, je tvořena amorfním sklem GFIC, jehož vysoká iontová vodivost umožňuje rychlý transport nosičů náboje při současně velmi nízké vodivosti elektronové, a tím dobře zabraňuje samovybíjení sekundárního bateriového článku B2.
Následná vrstva E2.2 elektrolytu E obsahuje převážně amorfní sklo GFIC zajišťující vysokou iontovou vodivost a malé množství amorfního skla GMCA pro anodu A2.1 s aditivy A1E, A2E; při poměru skel GMCA/GFIC odpovídající 0,05. Jedná se o počáteční přechodovou vrstvu funkčně-gradientní koncentrace mezi vrstvou E2.1 elektrolytu E a vrstvou A2.1 anody A. Tato vrstva E2.2 výrazně zlepšuje kompatibilitu elektrolytu E a anody A, a tím výrazně zvyšuje kapacitu sekundárního bateriového článku B2 a jeho dlouhodobou životnost při vysokém počtu cyklování. Tyto vlastnosti jsou u anody A podpořeny následnou funkčně gradientní vrstvou A2.1 s poměrem skel GMCA/GFIC 2,6 a malým množstvím aditiv A1E, A2E.
Následná vrstva A2.2 obsahuje převážně amorfní sklo GMCA plnící funkci aktivní hmoty zajišťující redoxní reakce pro vysoce účinný přenos náboje z iontů Li+ nebo Na+. Vedle toho obsahuje malé množství amorfního skla GFIC zajišťujícího dobrý transport iontů Li+ nebo Na+ a jejich migraci do celého objemu anody A. Poměr obsahu skel GMCA/GFIC je 23,0. Vrstva A2.2 rovněž obsahuje zvýšený obsah krystalických kovových částic aditiv A1A, A2A, které zvyšují její elektronovou vodivost, a tím usnadňují transport elektronů ke kolektoru KA anody A.
2.1.3 Procentuální objemové složení kompozitních vrstev katody K3, anody A3 a elektrolytu E3 pro vytvoření funkčně-gradientní koncentrace sekundárního bateriového článku B3
Tabulka 3
Procentuální objemové složení tří kompositních vrstev
K3.1, K3.2, K3.3 na bázi skel GMCK a aditiv A1K, A2K pro katodu K3;
E3.1, E3.2, E3.3 na bázi skel GFIC a aditiv A1E, A2E pro elektrolyt E3; a
A3.1, A3.2, A3.3 na bázi skla GMCA a aditiv A1A, A2A pro anodu A3;
pro sekundární bateriový článek B3.
- 18 CZ 309795 B6
| B3 | Amorfní sklo | První aditivum | Druhé aditivum | ||
| GMCK | GFIC | GMCA | AIK, A1E, A1A | A2K, A2E, A2A | |
| % obj. | % obj. | % obj | % obj. | % obj. | |
| Katoda K3 | A1K | A2K | |||
| Vrstva K3.1 | 94,0 | 2,0 | - | 3,0 | 1,0 |
| Vrstva K3.2 | 75,0 | 23,0 | - | 1,5 | 0,5 |
| Vrstva K3.3 | 50,0 | 49,0 | 0,8 | 0,2 | |
| Elektrolyt E3 | A1E | A2E | |||
| Vrstva E3.1 | 4,7 | 94,9 | - | 0,2 | 0,2 |
| ! Vrstva E3.2 | - | 99,8 | - | 0,1 | o,l |
| Vrstva E3.3 | - | 95,0 | 4,4 | 0,3 | 0,3 |
| Anoda A3 | A1A | A2A | |||
| Vrstva A3.1 | 49,0 | 50,0 | 0,7 | 0,3 | |
| Vrstva A3.2 | - | 27,0 | 71,0 | 1,4 | 0,6 |
| Vrstva A3.3 | - | 4,0 | 92,0 | 2,9 | 1,1 |
Každá tato kompozitní vrstva daných skel spolu s příslušným prvním a druhým aditivem dává sumu 100 % obj. Tudíž, 100 % obj. má kompozitní vrstva K3.1 s prvním aditivem A1A a druhým aditivem A2K, kompozitní vrstva K3.2 s prvním aditivem A1A a druhým aditivem A2K, kompozitní vrstva K3.3 s prvním aditivem A1A a druhým aditivem A2K, kompozitní vrstva E3.1 s prvním aditivem A1E a druhým aditivem A2E, kompozitní vrstva E3.2 s prvním aditivem A1E a druhým aditivem A2E, kompozitní vrstva E3.2 s prvním aditivem A1E a druhým aditivem A2E, kompozitní vrstva A3.1 s prvním aditivem A1A a druhým aditivem A2A, kompozitní vrstva A3.2 s prvním aditivem A1A a druhým aditivem A2A, kompozitní vrstva A3.3 s prvním aditivem A1A a druhým aditivem A2A.
První aditivum A1K se přidává do práškové směsi skla GMCK pro katodu K pro zvýšení aktivity katodové hmoty.
Druhé aditivum A2K se přidává na exfoliovaná mikro a nanovlákna vrstev pro katodu K pro zvýšení adheze vrstev katody K.
První aditivum A1E se přidává se do práškové směsi skla GFIC pro elektrolyt E pro zvýšení iontové vodivosti elektrolytu E.
Druhé aditivum A2E přidává se na exfoliovaná mikro a nanovlákna vrstev pro elektrolyt E pro zvýšení adheze vrstev elektrolytu E.
První aditivum AI přidává se do práškové směsi skla GMCA pro anodu A pro zvýšení aktivity anodové hmoty.
Druhé aditivum A2A přidává se na exfoliovaná mikro a nanovlákna vrstev pro anodu A pro zvýšení adheze vrstev anody A.
V sekundárním bateriovém článku B3 vrstva K3.1 obsahuje převážně amorfní sklo GMCK plnící funkci aktivní hmoty zajišťující redoxní reakce pro vysoce účinný přenos náboje z iontů Li+ nebo Na+ během cyklů nabíjení nebo vybíjení. Přidané menší množství amorfního skla GFIC zajišťuje dobrý transport iontů Li+ nebo Na+ a jejich efektivní interkalaci do celého objemu katody K.
- 19CZ 309795 B6
Poměr obsahu GMCK/GFIC je 47. Dále obsahuje tato vrstva K3.1 krystalické kovové částice aditiv A1K, A2K, které zvyšují její elektronovou vodivost, a tím usnadňují transport elektronů ke kolektoru KK katody K.
U následné vrstvy K3.2 klesá poměr GMCK/GFIC na 3,3. Proto roste podíl iontové vodivosti a klesá podíl elektronové vodivosti na vodivosti celkové. Tento kompozit rovněž obsahuje malé množství krystalických kovových částic aditiv A1K, A2K.
Další vrstva K3.3 má ještě nižší poměr GMCK/GFIC roven 1,0 a tudíž dále roste její iontová vodivost a klesá vodivost elektronová.
Vrstvy K3.2 a K3.3 tak vytváří velmi pozvolný, a tudíž vysoce efektivní funkčně gradientní přechod elektrochemických, tepelných a mechanických vlastností mezi katodou K3 a elektrolytem E3 a zajišťují výbornou vzájemnou fyzikální a chemickou kompatibilitu kompozitních vrstev katody a elektrolytu.
Vrstva elektrolytu E3.1, jako hlavní vysoce iontově vodivou složku obsahuje amorfní sklo GFIC. Společně s malým množství amorfního skla GMCK pro katodu K při poměru GMCK/GFIC rovno 0,05 tvoří počáteční přechodovou vrstvu funkčně-gradientní koncentrace mezi vrstvou K3.3 katody K a vrstvou E3.2 elektrolytu E. Tato vrstva E3.1 výrazně zlepšuje kompatibilitu vrstev elektrolytu E a anody A sekundárního bateriového článku B3, a tím výrazně zvyšuje kapacitu sekundárního bateriového článku B3 a jeho dlouhodobou životnost při vysokém počtu cyklování.
Další separátorová vrstva E3.2 elektrolytu E je opět tvořena amorfním sklem GFIC o vysoké iontové vodivosti a velmi nízké vodivosti elektronové.
Sousedící vrstva elektrolytu E3.3 obsahuje převážně amorfní sklo GFIC pro elektrolyt E zajišťující vysokou iontovou vodivost a malé množství amorfního skla GMCA pro anodu A při poměru GMCA/GFIC rovno 0,05. Jedná se o počáteční přechodovou vrstvu funkčně-gradientní koncentrace mezi vrstvou E3.3 elektrolytu E a vrstvou A3.1 anody A. Tato vrstva E3.3 výrazně zlepšuje kompatibilitu vrstev elektrolytu E a anody A, a tím výrazně zvyšuje pohyblivost nosičů náboje především ve směru kolmém na vzájemné kontaktní plochy jednotlivých vrstev. Tím je velmi výrazně snížen elektrický odpor sekundárního bateriového článku B3, což je výhodné pro baterie dodávající vysoký elektrický výkon. Současně se výrazně zvyšuje kapacita baterie a prodlužuje její cyklovatelnost.
Tyto výhodné vlastnosti jsou dále podpořeny funkčně gradientní kompozitní vrstvou, vytvářející tak anodu A s pozvolným gradientem chemických a fyzikálních vlastností. Anoda A je vytvořena vrstvou A3.1 o poměru GMCA/GFIC o hodnotě 1,0 s přidaným velmi malým množstvím krystalických kovových aditiv A1A, A2A; následující vrstvou A3.2 o poměru GMCA/GFIC o hodnotě 2,6 s menším množstvím krystalických kovových aditiv A1A, A2A; a koncovou vrstvou A3.3 o poměru GMCA/GFIC o hodnotě 23,0 a s větším množstvím krystalických kovových aditiv A1A, A2A.
2.2 Chemické složení skel pro vytvoření funkčně-gradientní koncentrace v kompozitních vrstvách bateriových článků B
2.2.1 Vícesložkové amorfní sklo GMCK-Li pro katodu K lithného bateriového článku B jeho vlastnosti a aditiva A1K, A2K
- 20 CZ 309795 B6
Tabulka 4
Procentuální molární chemické složení amorfního vícesložkového skla GMCK-Li pro:
jednu vrstvu KLI katody K1 sekundárního lithného bateriového článku Bl;
dvě vrstvy K2.L K2.2 katody K2 sekundárního lithného bateriového článku B2; a tři vrstvy K3.L K3.2, K3.3 katody K3 sekundárního lithného bateriového článku B3.
| Složky | GMCK-Li | GMCK-Li | GMCK-Li | GMCK-Li | GMCK-LI | GMCK-Li |
| amorfního skla | K14 | K2.1 | K2.2 | K3 1 | K3.2 | K3.3 |
| GMCK-Li | ||||||
| pro katodu K | [mol.%] | [mol.%] | [mol.%) | [mol.%] | [mol.%] | [mol.%] |
| LiřO | 8,9 | 8,9 | 8,9 | 8,9 | 8,5 | 8,2 |
| CuO | 5,4 | 5,4 | 5,4 | 5,4 | 3,3 | 3,4 |
| CujO | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 4,4 | 3,5 |
| FezO3 | 4,6 | 4,6 | 4,6 | 4,6 | 4,7 | 4,9 |
| FeO | 3,3 | 3,3 | 3.3 | 3,3 | 3,4 | 3,5 |
| Co jO j | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 3,1 | 3,3 |
| CoO | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,6 | 0,9 |
| NijOj | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 6,6 | 3,8 |
| NiO | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,4 |
| SiO2 | 16,7 | 16,7 | 16,7 | 16,7 | 15,8 | 16,2 |
| TiOj | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,6 | 1,0 |
| 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,6 | 0,1 | |
| MnO; | 16,5 | 16,S | 16,5 | 16,5 | 15,6 | 14.0 |
| MojOj | 7,8 | 7,8 | 7,8 | 7,8 | 4,8 | 4,4 |
| MnO | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | - | 0,2 |
| SnOj | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 1,2 | 1,3 |
| SnO | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,3 | 0,5 |
| VA | 10,2 | 10,2 | 10,2 | 10,2 | 10,5 | 10,9 |
| VO2 | 2,3 | 2,3 | 2,3 | 2,3 | 3,1 | 5,8 |
| V-O3 | 0.1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,3 |
| Sb30j | 4,3 | 4,3 | 4,3 | 4,3 | 3,3 | 3,4 |
| SbjOj | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 0,9 | 1,0 |
| MoOj | 4,1 | 4,1 | 4,1 | 4,1 | 4,2 | 4,3 |
| 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | ||
| WOj | 1,5 | 1,5 | ____ 1,5 | 1.5 | 2,0 | 2,8 |
| W;O5 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1.0 | 0.2 | 0,3 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100.0 |
Pro vytvoření pohyblivého kationtu Li+ slouží LÍ2O v množství od 8,2 do 8,9 % mol. Další složky pro vytvoření skla GMCK-Li katody K slouží oxidy volené podle jejich elektronegativity tak, aby bylo vytvořeno prostředí s optimálním rozložením parciálního záporného náboje na atomech kyslíku pro dosažení požadované vysoké smíšené elektrické vodivosti a rychlého přenosu náboje prostřednictvím rychlých redukčně-oxidačních reakcí.
Oxidovaná forma oxidu polyvalentních prvků je jeho forma za vyššího oxidačního stavu a redukovaná forma je jeho forma za nižšího oxidačního stavu.
-21 CZ 309795 B6
Tabulka 4a
Vlastnosti amorfního skla GMCK-Li tvořící vrstvy Kl.l; K2.1, K2.2; K3.1, K3.2, K3.3; katod Kl; K2; K3; lithných sekundárních bateriových článků Bl; B2; B3.
| Vlastnosti amorfního skla GMCK-Li pro katodu K | GMCK -Li Kl.l | GMCK -Li K2.1 | GMCK -Li K2.2 | GMCK -LI K3.1 | GMCK -li K3.2 | GMCK -LÍ K3.3 |
| Taviči tepiota TM[*C] | 1010 | 980 | 9 SO | 1010 | 980 | 950 |
| Teplota liquidus TL [*C] | 680 | 702 | 687 | 680 | 702 | 687 |
| Teplota transformace Tg [’C] | 431 | 42S | 419 | 431 | 42S | 419 |
| Obsah oxidované formy [% mol.] | 615 | 63.2 | S9.5 | 61.5 | 63,2 | 59,5 |
| Obsah redukované formy [% mol.] | 305 | 29,3 | 33,6 | 30,6 | 29,3~ | 33,6 |
| Poměr oxidované/red uková né formy | 2,01 | 2,16 | 1,77 | 2,01 | 2,16 | 1,77 |
| Mérná elektronová vodivost 25‘C [S.m1] | 5,03 | 7,1 | 8,2 | 5,03 | 7,1 | 8,2 |
Tabulka 4b
Procentuální molární chemické složení prvního aditiva A1K pro vrstvy Kl.l; K2.1, K2.2; K3.1, K3.2, K3.3 katod Kl; K2; K3 lithného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Složky prvního aditiva A1K | Kl.l [mal.%] | K2.1 [mcl.%] | K2.2 (mol.Ji] | K3.1 [moi.%] | K3.2 [mol.%] | K3.3 [mol.%] | |
| Cu(0) | Cu | 54,3 | 45,8 | 54,3 | 45,8 | 54,3 | 35,5 |
| Fe(O) | Fe | 2,2 | 8,3 | 2,2 | 3,3 | 2,2 | 7,8 |
| Si(0) | Si | 43,5 | 45,9 | 43,5 | 45,9 | 43,5 | 56,7 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | ΙΟΟι,Ο | 100,0 |
Tabulka 4c
Procentuální molární chemické složení druhého aditiva A2K pro vrstvy Kl.l; K2.1, K2.2; K3.1, K3.2, K3.3 katody Kl; K2; K3 lithného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Složky druhého aditiva A2K | Kl.l [mol.%] | K2.1 [mot.%] | K2.2 [mol.%] | K3.1 [mol.%] | K3.2 [mol.%] | K3.3 [mol.%] |
| P(Ví) 1 LiPOj | 47,2 | 47,2 | 45,8 | 47,2 | 47,2 | 35,5 |
| B(lll] ! LijBOi | 8,2 | 0,2 | 8,3 | 8,2 | 8,2 | 7,8 |
| Al(lll) ' ALOj | 44,6 | 44,6 | 45,9 | 44,6 | 44,6 | 56,7 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Tavící teploty skel GMCK-Li pro katodu Kl, K2, K3 se pohybují od 950 do 1010 °C; obsah oxidované formy v % mol. od 59,5 do 61,5; obsah redukované formy od 29,3 do 33,6 % mol. Měrná elektronová vodivost těchto skel při 25 °C se pohybuje od 5,03 do 8,2 [S.m1]. Jakožto první aditivum A1K se využívá, např. Cu, Fe, Si; jakožto druhé aditivum A2K např. LÍPO3, Li3BO3, Α13Ο3.
2.2.2 Vícesložkové amorfní sklo GMCK-Na pro katodu K sodného bateriového článku B jeho vlastnosti a aditiva AIK, A2K
-22 CZ 309795 B6
Tabulka 5
Procentuální molární chemické složení amorfního vícesložkového skla GMCK-Na pro:
jednu vrstvu Kl.l katody K1 sekundárního sodného bateriového článku Bl;
dvě vrstvy K2.1, K2.2 katody K2, sekundárního sodného bateriového článku B2; a tři vrstvy K3.1, K3.2, K3.3 katody K3 sekundárního sodného bateriového článku B3.
| Složky amorfního skla GMCK-Na pro katodu K | GMCK-Na Kl.l (mol.%) | GMCK-Na K2.1 [mol.%] | GMCK-Na K2.2 [mol.%] | GMCK-Na K3.1 [mol.%] | GMCK-Na K3.2 [mol.%] | GMCKNa K3.3 (mol.%) |
| Na2O | 5,1 | 9,1 | 9,1 | 9,1 | 8,6 | 8,4 |
| CuÓ | 5,4 | 5,4 | 5,4 | 5,4 | 3,3 | 3,4 |
| Cu2O | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 4,4 | 3,5 |
| Fe2O3 | 4,6 | 4,6 | 4,6 | 4,6 | 4,7 | 4,9 |
| FeO | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,4 | 3,5 |
| COjOa | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 3,1 | 3,3 |
| CoO | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,6 | 0,9 |
| NÍ2Oj | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 6,6 | 3,8 |
| NÍO | 1,6 | 1,6 | 1,6 | 1.6 | 1,7 | 1.4 |
| SiO2 | 16,7 | 16,7 | 16,7 | 16,7 | 15,8 | 16,1 |
| TiOj | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,6 | 1,0 |
| TijOj | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,6 | o.l |
| MnO2 | 16,5 | 16,5 | 16,5 | 16,5 | 15,6 | 13,9 |
| ΜΠ;Ο3 | 7,8 | 7,8 | 7,8 | 7,8 | 4,8 | 4,4 |
| MnO | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 0,0 | 0,2 |
| SnOj | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0.2 | 1,2 | 1,3 |
| SnO | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,3 | 0,5 |
| 10,2 | 10,2 | 10,2 | 10,2 | 10,5 | 10,9 | |
| VO; | 2,3 | 2,3 | 2,3 | 2,3 | 3,1 | 5,8 |
| V,O3 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,3 |
| $b;Oj | 4,3 | 4,3 | Γ 4,3 | 4,3 | 3,3 | 3,4 |
| Sb;Oj | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 2,6 | 0,9 | 1,0 |
| MoO3 | 4,1 | 4,1 | 4,1 | 4,1 | 4,1 | 4,3 |
| Mo:O5 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,4 | 0,6 |
| WO3 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 2,0 | 2.8 |
| W2O5 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 0,2 | 0,3 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Pro vytvoření pohyblivého kationtu Na+ slouží Na2O v množství od 8,4 do 9,1 % mol. Další složky pro vytvoření skla GMCK-Na katody K slouží oxidy volené podle jejich elektronegativity tak, aby bylo vytvořeno prostředí s optimálním rozložením parciálního záporného náboje na atomech kyslíku pro dosažení požadované vysoké smíšené elektrické vodivosti a rychlého 15 přenosu náboje prostřednictvím rychlých redukčně-oxidačních reakcí.
-23 CZ 309795 B6
Tabulka 5a
Vlastnosti amorfního skla GMCK-Na tvořícího vrstvy KE1; K2.1, K2.2; K3.1, K3.2, K3.3; katod Kl; K2; K3; sodného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Vlastnosti amorfního skla | GMCK | GMCK | GMCK | GMCK | GMCK | GMCK |
| GMCK-Na | -Na | -Na | -Na | -Na | -Na | -Na |
| pro katodu K | Kl.l | KZ.l | K2.2 | Kil | K3.2 | K3.2 |
| Tavící teplota TM[’C] | 1015 | 990 | 1015 | 1015 | 990 | 990 |
| Teplota liquidus TL [’C] | 670 | 690 | 670 | 670 | 690 | 690 |
| Teplota transformace Tg (CJ | 441 | 439 | 441 | 441 | 439 | 439 |
| Obsah oxidované formy [% mol.] | 40,9 | 39,2 | 40,9 | 40,9 | 39,2 | 39,2 |
| Obsah redukované formy [% mol ] | 51,3 | 53,5 | 51,3 | 51,3 | 53,5 | 53,5 |
| Poměr oxidované/redukované formy | 0,80 | 0,73 | 0,80 | 0,80 | 0,73 | 0,73 |
| Měrná elektronová vodivost 25'C [S.m J] | 5,01 | 8,1 | 5,01 | 5,01 | 8.1 | 8,1 |
Tabulka 5b
Procentuální molární chemické složení prvního aditiva A1K vrstev Kl.l; K2.1, K2.2; K3.1, K3.2, K3.3; katod Kl; K2; K3; sodného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Složky prvního aditiva A1K | Kl.l [mol.% | K2.1 [mol.%] | K2.2 [mol.%] | K3.1 [mol,%] | K3.2 [mol.%] | K33 [mol.%] | |
| Cu(0) | Cu | 45,0 | 34,7 | 34,7 | 53,8 | 45,0 | 34,7 |
| Fe(0) | Fe | 9,9 | 9,7 | 9,7 | 3,2 | 9,9 | 9,7 |
| Si(0) | Si | 45,1 | 55,6 | 55,6 | 43,0 | 45,1 | 55,6 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Tavící teploty skel GMCK-Na pro katodu K se pohybují od 990 do 1015 °C, obsah oxidované formy v% mol. od 39,2 do 40,9, obsah redukované formy od 51,3 do 53,5 % mol. Měrná elektronová vodivost těchto skel při 25 °C se pohybuje od 5,01 do 8,1 [S.m1]. Jakožto první aditivum A1K se využívá např. Cu, Fe, Si, jakožto druhé aditivum A2K např. NaPO;, Na;BO;, AI2O3.
Tabulka 5c
Procentuální molární chemické složení druhého aditiva A2K vrstev Kl.l, K2.1, K2.2; K3.1, K3.2, K3.3; katody Kl; K2; K3; sodného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Složky druhého aditiva A2K | Kl.l [mol.%] | K2.1 [mol.%] | K2.2 [mol. %] | K3.1 [mol.%] | 1 K3.2 [mol.%] | K3.3 [mol.%] | |
| P(VI) | NaPOj | 45,8 | 35,5 | 35,5 | 47,2 | | 45,8 | 35,5 |
| B(HI) | Na3BO3 | 8,3 | 7,8 | 7,8 | 8,2 | 8,3 | 7,8 |
| Al(lll) | AI2O3 | 45,9 | 56,7 | 56,7 | 44,6 | ' 45,9 | 56,7 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
2.2.3 Vícesložkové amorfní sklo GFIC-Li pro elektrolyt E lithného bateriového článku B jeho vlastnosti a aditiva A1E, A2E
-24 CZ 309795 B6
Tabulka 6
Procentuální molární chemické složení amorfního vícesložkového skla GFIC-Li pro:
jednu vrstvu El.l elektrolytu El sekundárního lithného bateriového článku Bl;
dvě vrstvy E2.1, E2.2 elektrolytu E2 sekundárního lithného bateriového článku B2; a tři vrstvy E3.1, E3.2, E3.3 elektrolytu E3 sekundárního lithného bateriového článku B3.
| Složky skla GFIC-Li elektrolytu E | GFIC-Li ELI [mol.%] | GFIC-LI E2.1 [mol.%} | GFIC-Li E2.2 [mol.%] | GFIC-LÍ E3.1 [mol.%] | GFIC-Li E3.2 [mol.%] | GFIC-LI E3.3 [mol.%] |
| LiCl | 31,0 | 31,1 | 31,2 | 31,0 | 31,1 | 31,2 |
| Lil | 3,9 | 4,1 | 4,1 | 3,9 | 4,1 | 4,1 |
| U2O | 0,0 | 9,7 | 10,9 | 8,8 | 9,7 | 10,9 |
| BaO | 0,0 | 0,0 | 0,1 | 0,0 | 0,0 | 0,1 |
| SrO | 0,0 | 0,1 | 0,1 | 0,0 | 0,1 | 0,1 |
| ZnO | 0,0 | 0,5 | 0,6 | 0,0 | 0,5 | 0,6 |
| BjOj | 10,6 | 8,5 | 6,1 | 10,6 | 8,5 | 6,1 |
| AI2O3 | 4,0 | 4,9 | 6,1 | 4,0 | 4,9 | 6,1 |
| ¥2O3 | 0,0 | 0,2 | 0,1 | 0,0 | 0,2 | 0,1 |
| LajO3 | 0,0 | 0,2 | 0,0 | 0,0 | 0,2 | 0,0 |
| S>02 | 2,1 | 0,7 | 0,7 | 2,1 | 0,7 | 0,7 |
| GeO2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| TiO, | 0,6 | o,s | 0,5 | 0,6 | 0,5 | 0,5 |
| ZrO2 | 0,0 | 0,1 | 0,1 | 0,0 | 0,1 | 0,1 |
| P2O, | 38,3 | 39,0 | 39,0 | 38,3 | 39,0 | 39,0 |
| Nb2O5 | 0,0 | 0,1 | 0,1 | 0,0 | 0,1 | 0,1 |
| SnO2 | 0,5 | 0,1 | 0,1 | 0,5 | 0,1 | 0,1 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Pro vytvoření pohyblivého kationtu Li+ slouží L12O v množství od 8,8 do 10,9 % mol., LiCl v množství od 31,0 do 31,2 % mol. a Lil v množství od 3,9 do 4,1 % mol. Další složky pro vytvoření skla GFIC-Li elektrolytu E slouží oxidy volené podle jejich elektronegativity tak, aby bylo vytvořeno prostředí s optimálním rozložením parciálního záporného náboje na atomech 15 kyslíku pro dosažení požadované vysoké iontové vodivosti.
-25 CZ 309795 B6
Tabulka 6a
Vlastnosti amorfního skla GFIC-Li tvořící vrstvy El.l; E2.1, E2.2; E3.1, E3.2, E3.3; elektrolytu El; E2; E3; lithného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Vlastnosti amorfního skla | GFIC- | GFIC- | GFIC- | GFIC- | GFIC- | GFIC- |
| GFIC-Li | Li | Li | Li | Li | Li | Li |
| elektrolytu E | El.l | E2.1 | E2.2 | E3.1 | E3.2 | E3.3 |
| Tavící teplota T^PC] | 1010 | 980 | 950 | 1010 | 980 | 950 |
| Teplota liquidus TL [*C] | 680 | 702 | 687 | 680 | 702 | 687 |
| Teplota transformace Tg PC] | 431 | 425 | 419 | 431 | 425 | 419 |
| Měrná iontová vodivost 25’C [S.m L] | 0,7 | 1,9 | 5,5 | 0,7 | 1,9 | 5,5 |
| Měrná elektronová vodivost 25'C [S.m1] | 105 | 10'6 | 106 | 10 s | 106 | 10 6 |
Tabulka 6b
Procentuální molární chemické složení prvního aditiva A1E kompozitních vrstev El.l; E2.1, E2.2; E3J, E3.2, E3.3; elektrolytu El; E2; E3; lithného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Složky prvního aditiva A1E | El.l [mol.%] | E2.1 [mol.%] | E2.2 [mol.%] | Ε3Δ (mol.%} | E3.2 [mol.%] | E3.3 [mol.%] | |
| Cu{0) | Cu | 53,8 | 45,0 | 53,8 | 45,0 | 34,7 | 34,7 |
| fe(0) | Fe | 3,2 | 9,9 | 3,2 | 9,9 | 9,7 | 9,7 |
| Si(0) | Si | 43,0 | 45,1 | 43,0 | 45,1 | 55,6 | 55,6 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Tabulka 6c
Chemické složení druhého aditiva A2E kompozitních vrstev El.l, E2.1, E2.2, E3.1, E3.2, E3.3 elektrolytu El, E2, E3 lithného sekundárního bateriového článku Bl, B2, B3.
| Složky druhého aditiva A2E | El.l [mol.%] | E2.1 [mol.%] | E2.2 [mol.%] | E3.1 [mol.%] | E3.2 [mol.%] | E3.3 [mol.%] |
| P(VI) LiPOj | 47,2 | 45,8 | 47,2 | 45,8 | 35,5 | 35,5 |
| B(lll) LÍ3BO3 | 8,2 | 8,3 | 8,2 | 8,3 | 7,8 | 7,8 |
| AI{ILI) 1 AI2O3 | 44,6 | 45,9 | 44,6 | 45,9 | 56,7 | 56,7 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Tavící teploty skel GFIC-Li elektrolytu E se pohybují od 990 do 1015 °C, obsah oxidované formy v% mol. od 39,2 do 40,9, obsah redukované formy od 51,3 do 53,5 % mol. Měrná elektronová vodivost těchto skel při 25 °C se pohybuje od 5,01 do 8,1 [S.m1]. Jakožto první aditivum A1E se využívá např. Cu, Fe, Si, jakožto druhé aditivum A2E např. LÍPO3, LÍ3BO3, AI2O3.
2.2.4 Vícesložkové amorfní sklo GFIC-Na pro elektrolyt E sodného bateriového článku B jeho vlastnosti a aditiva A1E, A2E
-26CZ 309795 B6
Tabulka 7
Procentuální molární chemické složení amorfního vícesložkového skla GFIC-Na pro:
jednu vrstvu KE1.1 elektrolytu El sekundárního sodného bateriového článku Bl;
dvě vrstvy E2.1, E2.2 elektrolytu E2, sekundárního sodného bateriového článku B2; a tři vrstvy E3.1, E3.2, E3.3 elektrolytu AE3 sekundárního sodného bateriového článku B3.
| Složky skla GFIC-Na elektrolytu E | GFIC-Na ELI [mol.%] | GFIC-Na EZ.l [mol.%] | GFIC-Na E2.2 [mol.%] | GFIC-Na E3.1 [mol.%] | GFIC-Na E3.2 (mol.%) | GFIC-Na E3,3 [mol.%] |
| NaCl | 32,0 | 32,5 | 33,1 | 32,0 | 32,5 | 33,1 |
| Nal | 3,9 | 4,2 | 4,3 | 3,9 | 4,2 | 4,3 |
| Na2O | 8,9 | 9,9 | 10 | 8,9 | 9,9 | 10 |
| BaO | 0,0 | 0 | 0,1 | 0,0 | 0 | 0,1 |
| SrO | 0,0 | 0,1 | 0,1 | 0,0 | 0,1 | 0,1 |
| ZnO | 0,0 | 0,4 | 0,4 | 0,0 | 0,4 | 0,4 |
| B2O2 | 9,0 | 7,9 | 6,1 | 9,0 | 7,9 | 6,1 |
| AI2O3 | 4,9 | 4,9 | 6,1 | 4,9 | 4,9 | 6,1 |
| y20j | 0,0 | 0,2 | 0,1 | 0,0 | 0,2 | 0,1 |
| La;Oj | 0,0 | 0,2 | 0 | 0,0 | 0,2 | 0 |
| SiO2 | 2,1 | 0,7 | 0,7 | 2,1 | 0,7 | 0,7 |
| GeO3 | 0,0 | 0,1 | 0,1 | 0,0 | 0,1 | 0,1 |
| TiO; | 0,4 | 0,4 | 0,5 | 0,4 | 0,4 | 0,5 |
| ZrO2 | 0,0 | 0,1 | 0,1 | 0,0 | 0,1 | 0,1 |
| PzOs | 38,3 | 38,2 | 38,1 | 38,3 | 38,2 | 38,1 |
| Nb2O5 | 0,0 | 0,1 | 0,1 | 0,0 | 0,1 | 0,1 |
| SnO2 | 0,5 | 0,1 | 0,1 | 0,5 | 0,1 | 0,1 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Pro vytvoření pohyblivého kationtu Na+ slouží Na2O v množství od 8,9 do 10,0 % mol., NaCl v množství od 32,0 do 33,1 % mol. a Nal v množství od 3,9 do 4,3 % mol. Další složky pro vytvoření skla GFIC-Na elektrolytu E slouží oxidy volené podle jejich elektronegativity tak, aby bylo vytvořeno prostředí s optimálním rozložením parciálního záporného náboje na atomech 15 kyslíku pro dosažení požadované vysoké iontové vodivosti.
Tabulka 7a
Vlastnosti amorfního skla GFIC-Na tvořící vrstvy El.l; E2.1, E2.2; E3.1, E3.2, E3.3; elektrolytu 20 El; E2; E3 sodného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Vlastnosti amorfního skla GFIC-Na elektrolytu E | GFICNa El.l | GFICNa E2.1 | GFICNa E2,2 | GFICNa E3.1 | GFICNa E3.2 | GFICNa E3.3 |
| Tavící teplota TM[°C] | 1015 | 995 | 960 | 1015 | 995 | 960 |
| Teplota fiquidus Λ [T] | 670 | 700 | 671 | 670 | 700 | 671 |
| Teplota transformace Ts [ŮC] | 450 | 435 | 431 | 450 | 435 | 431 |
| Měrná iontová vodivost 25°C [S.m | 0,4 | 1,2 | 2,1 | 0,4 | 1,2 | 2,1 |
| Měrná elektronová vodivost 25Τ [S rn L) | [ 106 | io7 | 107 | 10 6 | 10 7 | 1O7 |
-27CZ 309795 B6
Tabulka 7b
Procentuální molární chemické složení prvního aditiva A1E kompozitních-vrstev ELI; E2.1, E2.2; E3.1, E3.2, E3.3; elektrolytu El; E2; E3 sodného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Složky prvního aditiva A1E | El.l [mol.%] | E2.1 [mol.%] | E2.2 [mol.%] | E3.1 [mol.%] | E3.2 [mol.%] | E3.3 [mol.%) | |
| Cu{0) | Cu . | 53,8 | 45,0 | 53,8 | 45,0 | 34,7 | 34,7 |
| Fe(0) | Fe | 3,2 | 9,9 | 3,2 | 9,9 | 9,7 | 9,7 55,6 |
| Si(0) , Si | 43,0 | 45,1 | 43,0 | 45,1 | 55,5 | ||
| Suma [ | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Tabulka 7c
Procentuální molární chemické složení druhého aditiva A2E kompozitních-vrstev El.l; E2.1, E2.2; E3J, E3.2, E3.3; elektrolytu El; E2; E3; sodného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Složky druhého aditiva A2E | El.l [mol.%] | E2.1 [mol.%] | E2.2 [mol.%] | E3.1 E3.2 [mol.%) (mol.%) | E33 [mok%] | ||
| PÍVI) | NaPOj | 47,2 | 45,8 | 47,2 | 45,8 | 35,5 | 35,5 |
| B[lil) | Na3BO3 | 3,2 | 8,3 | 8,2 | 8,3 | 7,8 | 7,8 |
| A|(lll) | AI2O3 | 44,6 | 45,9 | 44,6 | 45,9 | 56,7 | 56,7 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Tavící teploty skel GFIC-Na elektrolytu E se pohybují od 960 do 1015 °C. Měrná iontová vodivost při 25 °C se pohybuje od 0,4 do 2,1 [S.m1]. Měrná elektronová vodivost těchto skel při 25 °C se pohybuje řádově od 107 do 106 [S.m1]. Jakožto první aditivum A1E se využívá např. Cu, Fe, Si, jakožto druhé aditivum A2E např. NaPOs, NaíBCl·,, AI2O3.
2.2.5 Vícesložkové amorfní sklo GMCA-Li pro anodu A lithiového bateriového článku B, jeho vlastnosti a aditiva AI A, A2A
Pro vytvoření pohyblivého kationtu Li+ slouží LÍ2O v množství od 16,5 do 18,4 % mol. Další složky pro vytvoření skla GMCA-Li anody A slouží oxidy volené podle jejich elektronegativity tak, aby bylo vytvořeno prostředí s optimálním rozložením parciálního záporného náboje na atomech kyslíku pro dosažení požadované vysoké smíšené elektrické vodivosti a rychlého přenosu náboje prostřednictvím rychlých redukčně-oxidačních reakcí.
Tabulka 8
Procentuální molární chemické složení amorfního vícesložkového skla GMCA-Li pro:
jednu vrstvu Al.l anody AI sekundárního sodného bateriového článku Bl;
dvě vrstvy A2.1, A2.2 anody A2, sekundárního sodného bateriového článku B2; a tři vrstvy A3.1, A3.2, A3.3 anody A3 sekundárního sodného bateriového článku B3.
-28 CZ 309795 B6
| Slotky amorfního skla GMCA-Li pro anodu A | GMCA-Li Al.l [moL%] | GMCA-Li A2.2 [mol.%] | GMCA-Li A2.2 [mol.%] | GMCA-Li A3.1 [mol.%] | GMCA-Li A3.2 (mol.%] | GMCA-Li A33 [mol.%] |
| Li2O | 18,4 | 18,0 | 16,5 | 18,4 | 18,0 | 16,5 |
| CuO | 3,3 | 1,8 | 1,4 | 3,3 | 1,8 | 1,4 |
| Cu2O | 5,6 | 4,1 | 3,3 | 5,6 | 4,1 | 3,3 |
| Fe2O3 | 3,1 | 0,8 | 0,3 | 3,1 | 0,8 | 0,3 |
| FeO | 3,6 | 4,8 | 5,3 | 3,6 | 4,8 | 5,3 |
| CO2O3 | 1,1 | 1,0 | 0,7 | 1,1 | 1,0 | 0,7 |
| CoO | 2,2 | 1,8 | 1,2 | 2,2 | 1,8 | 1,2 |
| NijOj | 1,3 | 1,2 | 1,0 | 1,3 | 1,2 | 1,0 |
| NiO | 4,4 | 3,1 | 2,9 | 4,4 | 3,1 | 2,9 |
| SiO2 | 11,0 | 13,0 | 13,6 | 11,0 | 13,0 | 13,6 |
| TiO2 | 0,8 | 1,3 | 1,6 | 0,8 | 1,3 | 1,6 |
| Ti:O3 | 0,9 | 1,5 | 1,9 | 0,9 | 1,5 | 1,9 |
| MnO2 | 1,6 | 2,0 | 3,6 | 1,6 | 2,0 | 3,6 |
| MnjO3 | 3,4 | 4,3 | 15,9 | 3,4 | 4,3 | 15,9 |
| MnO | 8,0 | 10,0 | 0,9 | 8,0 | 10,0 | 0,9 |
| SnO2 | 0,6 | 0,3 | 0,2 | 0,6 | 0,3 | 0,2 |
| SnO | 1,3 | 1,6 | 1,9 | 1,3 | 1,6 | 1,9 |
| V2OS | 3,8 | 4,1 | 3,4 | 3,8 ! | 4,1 | 3,4 |
| VO2 | 8,0 | 6,8 | 5,3 | 8,0 ' | 6,8 | 5,3 |
| v3o3 | 3,3 | 3,5 | 3,4 | 3,3 | 3,5 | 3,4 |
| Sb;Os | 1,6 | 1,5 | 0,9 | 1,6 | 1,5 | 0,9 |
| Sb2O3 | 1,9 | 2,3 | 2,8 | 1,9 | 2,3 | 2,8 |
| MoOj | 3,1 | 1,5 | 1,2 | 3,1 | 1,5 | 1,2 |
| Mo2Os | 5,3 | 7,2 | 8,3 | 5,3 | 7,2 | 8,3 |
| WOj | 0,8 | 0,7 | 0,3 | 0,8 | 0,7 | 0,3 |
| W;Oj | 1,6 | 1,8 | 2,2 | 1,6 | 1,8 | 2,2 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
-29CZ 309795 B6
Tabulka 8a
Vlastnosti amorfního skla GMCA-Li tvořící vrstvy Al.l; A2.1, A2.2; A3.1, A3.2, A3.3;
| Anody Al :A2: A3; lithného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3. Vlastnosti amorfního skla GMCA-U pro anodu A3 | GMCALi Al.l | GMCALi A2.1 | GMCALt A2.2 | GMCALi A3.1 | GMCA- GMCA- | |
| Li A3.2 | Li A3.3 | |||||
| Tavící teplota TM[*C] | 1010 | 980 | 950 | 1010 | 980 | 950 |
| Teplota liquidus TL fC] | 680 | 702 | 687 | 680 | 702 | 687 |
| Teplota transformace Te |*C) | 431 | 425 | 419 | 431 | 425 | 419 |
| Obsah oxidované formy [% mol.] | 20,4 | 17,7 | 16,4 | 20,4 | 17,7 | 16,4 |
| Obsah redukované formy [% mol.] | 67,8 0,30 | 71,4 | 74,1 | 67,8 | 71,4 | 74,1 |
| Poměr oxidované/redukované formy | 0,25 | 0,22 | 0,30 | 0,25 | 0.22 | |
| Měrná elektronová vodivost 25*C [S.m *] | 2,1 | 7,3 | 9,4 | 2,1 | 7,3 | 9,4 |
Tabulka 8b
Procentuální molární chemické složení prvního aditiva A1A vrstev Al.l; A2.1, A2.2; A3.1, A3.2, A3.3; anody AI; A2; A3; lithného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Složky prvního aditiva A1A | Al.l [mol.%] | A2.1 [mol.%] | A2.Z [mol.%] | A3.1 [mol.%] | A3.2 (mol.%] | A3.3 [mol.%] | |
| Cu(0) | Cu | 14,4 | 13,2 | 12,4 | 14,4 | 13,2 | 12,4 |
| Fe(O) | Fe | 2,5 | 4,6 | 6,9 | 2,5 | 4,6 | 6,9 |
| Si(0) | Si | 83,1 | 82,2 | 80,7 | 83,1 | 82,2 | 80,7 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Tabulka 8c
Procentuální molární chemické složení druhého aditiva A2A kompozitních vrstev Al.l; A2.1, A2V; A3.1, A3.2, A3.3; anody AI; A2; A3; lithného sekundárního bateriového článku Bl; B2;
B3.
| Sloiky druhého aditiva A2E | Al.l [mol.%] | A2.1 [mol.%] | A2.2 [mol.%] | A3.1 [mol.%] | A3.2 [mol. %] | A3.3 [mol.%] | ||
| P(vi) | L1PO3 | 47J 8,2 | 45,8 | 35,5 | 47,2 | 45,8 | 35,5 | |
| B(inj Alfill] | Li3BO3 | 8,3 | 7,8 | 8,2 | 8,3 | 7,8 | ||
| ai2o3 | 44,6 | 45,9 | 56,7 | 44,6 | 45,9 | 56,7 | ||
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Tavící teploty skel GMCA-Li pro anodu A se pohybují od 950 do 1010 °C, obsah oxidované formy v% mol. od 16,4 do 20,4, obsah redukované formy od 67,8 do 74,1 % mol. Měrná elektronová vodivost těchto skel při 25 °C se pohybuje od 2,1 do 9,4 [S.m1]. Jakožto první aditivum A1A se využívá např. Cu, Fe, Si, jakožto druhé aditivum A2A např. L1PO3, LÍ3BO3, AI2O3.
2.2.6 Vícesložkové amorfní sklo GMCA-Na pro anodu A sodného bateriového článku B jeho vlastnosti a aditiva A1A, A2A.
-30CZ 309795 B6
Tabulka 9
Procentuální molární chemické složení amorfního vícesložkového skla GMCA-Na pro:
jednu vrstvu Al.l anody AI sekundárního sodného bateriového článku B1;
dvě vrstvy A2.1, A2.2 anody A2 sekundárního sodného bateriového článku B2; a tři vrstvy A3.1, A3.2, A3.3 anody A3 sekundárního sodného bateriového článku B3.
| Složky amorfního skla GMCA-Na pro anodu A | GMCANa Al.l [mol.%] | GMCANa A2.1 [mol.%] | GMCANa A2.2 [mol.%] | GMCANa A3.1 [mol.%] | GMCANa A3.2 [mol.%] | GMCANa A3.3 [mol.%] |
| Na2O | 17,5 | 17,1 | 17,1 | 16,1 | 16,1 | 16,1 |
| CuO | 3,3 | 1,8 | 1,8 | 1,4 | 1,4 | 1,4 |
| Cu2O | 5,7 | 4,2 | 4,2 | 3,3 | 3,3 | 3,3 |
| FejOj | 3,2 | 0,8 | 0,8 | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
| FeO | 3,6 | 4,8 | 4,8 | 5,4 | 5,4 | 5,4 |
| CojOj | 1,1 | 1,0 | 1,0 | 0,7 | 0,7 | 0,7 |
| CoD | 2,2 | 1,8 | 1,8 | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| NÍ2Oj | 1,3 | 1,2 | 1,2 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| NiO | 4,4 | 3,2 | 3,2 | 2,9 | 2,9 | 2,9 |
| SiO2 | 11,1 | 13,2 | 13,2 | 13,6 | 13,6 | 13,6 |
| TiOi | 0,8 | 1,3 | 1,3 | 1,6 | 1,6 | 1,6 |
| Ti2O3 | 1,0 | 1,5 | 1,5 | 1,9 | 1,9 | 1,9 |
| MnO2 | 1,6 | 2,0 | 2,0 | 3,6 | 3,6 | 3,6 |
| MnjOj | 3,5 | 4,3 | 4,3 | 15,9 | 15,9 | 15,9 |
| MnO | 8,1 | 10,2 | 10,2 | 0,9 | 0,9 | 0,9 |
| SnO2 | 0,6 | 0,3 | 0,3 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
| 5nO | 1,3 | 1,7 | 1,7 | 1,9 | 1,9 | 1,9 |
| V2OS | 3,8 | 4,2 | 4,2 | 3,5 | 3,5 | 3,5 |
| VO2 | 8,1 | 6,8 | 6,8 | 5,4 | 5,4 | 5,4 |
| V2Oj | 3,3 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 |
| Sb2Os | 1,6 | 1,5 | 1,5 | 0,9 | 0,9 | 0,9 |
| Sb2O3 | 1,9 | 2,3 | 2,3 | 2,8 | 2,8 | 2,8 |
| Mo03 | 3,2 | 1,5 | 1,5 | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| Mo2O5 | 5,4 | 7,3 | 7,3 | 8,3 | 8,3 | 8,3 |
| wo3 | 0,8 | 0,7 | 0,7 | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
| W2O5 | 1,6 | 1,8 | 1,8 | 2,2 | 2,2 | 2,2 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Pro vytvoření pohyblivého kationtu Na+ slouží Na2O v množství od 16,1 do 17,5 % mol.
Další složky pro vytvoření skla GMCA-Na anody A slouží oxidy volené podle jejich elektronegativity tak, aby bylo vytvořeno prostředí s optimálním rozložením parciálního 15 záporného náboje na atomech kyslíku pro dosažení požadované vysoké smíšené elektrické vodivosti a rychlého přenosu náboje prostřednictvím rychlých redukčně-oxidačních reakcí.
-31 CZ 309795 B6
Tabulka 9a
Vlastnosti amorfního skla GMCA-Na tvořící vrstvy AE1; A2.1, A2.2; A3.1, A3.2, A3.3; anody Al; A2; A3; sodného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Vlastnosti amorfního skla GMCA-Na pro anodu A3 | GMCANa Al.l | GMCANa A2.1 | GMCANa A2.2 | GMCANa A3.1 | GMCANa A3.2 | GMCANa A3.3 |
| Tavící teplota TM[’C] | 1015 | 990 | 970 | 1015 | 990 | 970 |
| Teplota liquídus TL [’C] | 671 | 690 | 670 | 671 | 690 | 670 |
| Teplota transformace TB (°C) | 448 | 439 | 429 | 448 | 439 | 429 |
| Obsah oxidované formy [% mol.] | 26.7 | 28,5 | 35,3 | 26.7 | 28,5 | 35,3 |
| Obsah redukované formy (% mol ] | 111.7 | 110,4 | 104,5 | 111.7 | 110,4 | 104,5 |
| Poměr oxidované/redukované formy | 56-5 | 58,2 | 65,9 | 56.5 | 58,2 | 65,9 |
| Měrná elektronová vodivost 25°C [S.m1] | 2,5 | 7,8 | 9,9 | 2,5 | 7,8 | 9,9 |
Tabulka 9b
Procentuální molární chemické složení prvního aditiva A1A kompozitní vrstvy Al.l; A2.1, A2.2; A3.1, A3.2, A3.3; anody AI; A2; A3; sodného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Složky prvního aditiva A1A | Al.l [mol.%] | A2.1 [mol.%] | A2.2 [mol.%] | A3.1 [mol.%] | A3.2 [mol.%] | A3.3 [mol.%] | |
| Cu(0] | Cu | 14,8 | 13,6 | 12.4 | 14,8 | 13,6 | 12,4 |
| Fe{0) | Fe | 2,2 | 4,3 | 6.6 | 2,2 | 4,3 | 6,6 |
| Si(0) | Si | 83,0 | 82,1 | 810 | 83,0 | 82,1 | 81,0 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Tabulka 9c
Procentuální molární chemické složení druhého aditiva A2A vrstev Al.l; A2.1, A2.2; A3.1, A3.2, A3.3; anody AI; A2; A3; lithného sekundárního bateriového článku Bl; B2; B3.
| Složky druhého aditiva | Al.l [mol.%] | A2.1 [mol.%] | A2.2 [mol.%] | A3.1 [mok%] | A3.2 [mol.%] | A3.3 [mol.%] | |
| A2A | |||||||
| P{VI) | NaPOj | 47,2 | 45,8 | 35,5 | 47,2 | 45,8 | 35,5 |
| B(lll) | Na^BOj | 8.2 | 8,3 | 7,8 | 8,2 | 8,3 | 7,8 |
| Aijlll) | AI2O3 | 44,6 | 45,9 | 56,7 | 44,6 | 45,9 | 56,7 |
| Suma | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
Tavící teploty skel GMCA-Na pro anodu A se pohybují od 970 do 1015 °C, obsah oxidované formy v% mol. od 26,7 do 35,3, obsah redukované formy od 104,5 do 111,7 % mol. Měrná elektronová vodivost těchto skel při 25 °C se pohybuje od 2,5 do 9,9 [S.m1]. Jakožto první 25 aditivum A1A se využívá např. Cu, Fe, Si, jakožto druhé aditivum A2A např. NaPO?, NaíBOí, AI2O3.
Pokud se týká použitých surovin: TEOS od německé firmy Merc Sigma-Aldrich, čistota 99,95 % hmota. PVP od německé společnosti Sigma-Aldrich, čistota 99,98 % hmota.
Oxidy, uhličitany, kovy byly použity od německé firmy Sigma-Aldrich, PuraLab, HiChem, Lachner, čistota p.a. nebo od společnosti Fischer Scientific.
-32CZ 309795 B6
Chemické složení amorfních skel katody K je uvedeno v % mol., a to v tabulce 4 pro lithné sekundární bateriové články B1, B2, a B3; a pro sodné sekundární bateriové články B1, B2, a B3 v tabulce 5. Složení těchto skel je vyvinuto tak, aby bylo dosaženo vytvoření funkčně-gradientní koncentrace v kompozitu katod y s vysoce plynulým přechodem vlastností. V tomto kompozitu je optimalizován poměr oxidovaných a redukovaných forem polyvalentních prvků Mp tak, aby kompozit vykazoval vysokou elektronovou a smíšenou elektrickou vodivost, jež zajišťuje kooperativní mechanismus přenosu náboje a migraci iontových nosičů náboje do celého objemu katody K, což vede k velmi efektivnímu vyžití co největšího objemu aktivní hmoty této elektrody. Tím je dosaženo vysoké rychlosti a reverzibility elektrodových reakcí, jež je nezbytná, aby bateriové články B1, B2, a B3 byly schopné poskytnout vysokou proudovou a výkonovou hustotu. Tyto kompozity jsou proto vhodné pro konstrukci baterií pro elektromobily, kde jsou vyžadovány elektrické zdroje o vysoké proudové a výkonové hustotě.
V tabulce 4a, jsou uvedeny vlastnosti lithných skel pro vrstvy katody K, v tabulce 4b je uvedeno složení prvních aditiv A1K a v tabulce 4c je uvedeno složení druhých aditiv A2K pro tato lithná skla.
V tabulce 5a, jsou uvedeny vlastnosti sodných skel pro vrstvy katody K, v tabulce 5b je uvedeno složení prvních aditiv A1K a v tabulce 5c je uvedeno složení druhých aditiv A2K pro tato sodná skla.
Chemické složení amorfních skel pro elektrolyt E je uvedeno v % mol., a to pro lithné sekundární bateriové články B1, B2 a B3 v tabulce 6, obsahující jako vysoce pohyblivé iontové nosiče náboje ionty Li+; a chemické složení amorfních skel pro sodné sekundární bateriové články B1, B2, B3 je v tabulce 7, obsahující jako vysoce pohyblivé iontové nosiče náboje ionty Na+. Chemické složení elektrolytů E má jak pro ionty Li+ nebo ionty Na+ cíleně nastavenou bazicitu skelné matrice provedenou na základě optimálního poměru koncentrací elektropozitivních a elektronegativních prvků. Toto optimalizované složení pevného elektrolytu E tak zaručuje vysokou stabilitu a současně potřebnou koncentraci iontových nosičů náboje o vysoké pohyblivosti. Elektrolyt E proto dosahuje vysoké iontové vodivosti při velmi nízké vodivosti elektronové. Jsou proto vhodné pro konstrukci vysokokapacitních sekundárních baterií.
V tabulce 6a, jsou uvedeny vlastnosti lithných skel pro vrstvy elektrolytu E, v tabulce 6b je uvedeno složení prvních aditiv A1E a v tabulce 6c je uvedeno složení druhých aditiv A2E pro tato lithná skla.
V tabulce 7a, jsou uvedeny vlastnosti sodných skel pro vrstvy elektrolytu E, v tabulce 7b je uvedeno složení prvních aditiv A1E a v tabulce 7c je uvedeno složení druhých aditiv A2E pro tato sodná skla.
Chemické složení amorfních skel anody A je uvedeno v % mol. pro lithné sekundární bateriové články B1, B2, a B3 v tabulce 8; a pro sodné bateriové články B1, B2 a B3 v tabulce 9. V těchto sklech je optimalizováno zastoupení poměru oxidovaných a redukovaných forem polyvalentních prvků Mp o vhodné elektronegativitě a elektronové afinitě tak, aby výsledné sklo vykazovalo postupný přechod od smíšené elektrické vodivosti k převažující vysoké elektronové vodivosti v oblasti kontaktu s kolektorem KA. To zajišťuje potřebný kooperativní mechanismus přenosu náboje a migraci iontových nosičů náboje do celého objemu anody A, což vede k velmi efektivnímu vyžití co největšího objemu aktivní hmoty této elektrody. To se při nabíjení sekundárních bateriových článků projeví ve schopnosti takové anody A dosáhnout uložení velmi vysoké kapacity náboje. Tato vlastnost je nezbytná pro sekundární bateriové články B1, B2, B3 schopné dosáhnout vysoké gravimetrické a volumetrické hustoty energie. Současně je zachována vysoká rychlost a reverzibilita elektrodových reakcí, jež je nezbytná, aby sekundární bateriové články B1, B2, B3 byly schopné poskytnout vysokou proudovou a výkonovou hustotu.
V tabulce 8a, jsou uvedeny vlastnosti lithných skel pro vrstvy anody A, v tabulce 8b je uvedeno
- 33 CZ 309795 B6 složení prvních aditiv A1A a v tabulce 8c je uvedeno složení druhých aditiv A2A pro tato lithná skla.
V tabulce 9a, jsou uvedeny vlastnosti sodných skel pro vrstvy katody A, v tabulce 9b je uvedeno složení prvních aditiv A1A a v tabulce 9c je uvedeno složení druhých aditiv A2A pro tato sodná skla.
Uvedené funkčně-gradientní kompozitní vrstvy pro katodu K, elektrolyt E a anodu A jsou proto vhodné pro konstrukci sekundárních bateriových článků B například pro elektromobily, kde jsou vyžadovány vysokokapacitní elektrické zdroje s vysokou hustotou energie, proudu a výkonu.
Oxidy a uhličitany kovů i nekovů a samotné kovy použité pro tavby skel a jako první i druhá aditiva byly voleny tak, aby příslušná látka byla stabilní, málo hygroskopická a ekonomicky příznivá. Tyto suroviny byly dodány v čistotě p.a. firmami Sigma-Aldrich spol. s.r.o, Na Hřebenech II 1718/10, 140 00 Praha 4, Česká republika; Puralab spol. s.r.o., Podnikatelská 552, 19011 Praha, Běchovice, Hichem spol. s.r.o., Novodvorská 994/138, Braník, 142 00 Praha; LachNer spol. s.r.o., Tovární 157, 27711 Neratovice; Fisher Scientific, spol. s r.o., Kosmonautů 324, 530 09 Pardubice.
Příklad 3 . Vývojové diagramy pro postup přípravy sekundárního bateriového článku B (Obr. 2.1 až 2.7)
V tomto příkladném provedení je podrobně objasněna na připojených obrázcích 2.1 až 2.7 příprava sekundárních bateriových článků B1, B2, B3 ve formě vývojových diagramů.
Na každém z těchto obrázků 2.1 až 2.7 vývojových diagramů je jakožto první řádek stručně uvedena výstižná charakteristika, týkající se výroby sekundárního bateriového článku B.
Jednotlivé technologické kroky jsou sestaveny v chronologickém pořadí a jsou stručně popsány v blocích, přičemž procesy na sebe logicky navazující jsou vyznačeny šipkami.
Na levé straně každého obrázku vývojového diagramu jsou tyto jednotlivé technologické kroky číselně označeny, takže každému technologickému kroku odpovídá trojmístné číslo.
Na pravé straně každého obrázku vývojového diagramu jsou odkazy na odpovídající tabulky v textu nebo připojené obrázky.
Dále, některé z obrázků, např. obr. 2.1, 2.2 a 2.3 mají pokračování. Např. obrázek 2.1 má první pokračování označené jako 2.1a a druhé pokračování 2.1b. Obdobně jsou označena pokračování 2.2a; 2.2b a 2.3a; 2.3b.
Přípravu sekundárních bateriových článků B1, B2, B3 podle příkladných provedení 5 lze rozdělit v podstatě do tří základních způsobových kroků, jak je zřejmé z příkladů provedení a připojených obrázků.
První způsobový krok představuje přípravu kompozitních vrstev katody K, elektrolytu E a anody A, podrobněji popsaných následujících kapitolách 3.1 až 3.1.16.
Příprava kompozitních vrstev anody K1; K2; K3 odpovídá obrázkům 2.1, 2.1a, 2.1b;
elektrolytu E1; E2; E3 odpovídá obrázkům 2.2, 2.2a, 2.2b; a anody A1; A2 odpovídá obrázkům 2.3, 2.3a, 2.3b.
- 34 CZ 309795 B6
Druhý způsobový krok představuje (z těchto získaných kompozitních vrstev v prvním způsobovém kroku) přípravu katody K, elektrolytu a anody A, podrobněji 15 popsané v následujících kapitolách 3.2 až 3.2.3. Příprava katody K1; K2; K3 odpovídá obrázku 2.4;
elektrolytu E1; E2; E3 odpovídá obrázku 2.5; a anody A1; A2; A3 odpovídá obrázku 2.6.
Třetí způsobový krok představuje sestavení sekundárních bateriových článků B1; B2; B3 podle obrázku 2.7 a podrobněji popsaného v následné kapitole 3.3.
3.1 Postup výroby jednotlivých vrstev
Vrstvy katody K, elektrolytu E a anody A jsou znázorněny na připojených obrázcích 2.1 až 2.3, v nichž podrobněji • obrázky 2.1, 2.1a, 2.1b popisují přípravu vrstev pro katodu K, • obrázky 2.2, 2.2a, 2.2b popisují přípravu vrstev pro elektrolyt E a • obrázky 2.3, 2.3a, 2.3b popisují přípravu vrstev pro anodu A.
Znázorněný postup vykazuje určité společné technologické kroky, označené na levé straně každého obrázku vývojových diagramů a dále citované. Uspořádání jednotlivých technologických kroků je řazeno chronologicky.
3.1.1 . Složení skel a prvních aditiv
Tabulky 4, 4b, 4c, 5, 5b, 5c, 6, 6b, 6c, 7, 7b, 7c, 8, 8b, 8c, 9, 9b, 9c.
Značení 101, 201, 301 odpovídá technologickému kroku výběru a přípravy vhodného chemického složení skla GMCK pro katodu K nebo skla GFIC pro elektrolyt E nebo skla GMCA pro anodu A, dále též výběru a přípravy složení prvního_aditiva A1K pro katodu K nebo prvního aditiva A1E pro elektrolyt E nebo prvního aditiva A1A pro anodu A.
Značení 101 odpovídá přípravě chemického složení skel GMCK; GFIC a zvolenému složení prvních aditiv A1K; A1E, a to pro přípravu vrstev katody K podle obrázku 2.1.
Značení 201 odpovídá přípravě chemického složení skel GMCK; GFIC; GMCA a dále i vhodných chemického složení prvních aditiv A1K; A1E; A1A, a to vše pro přípravu vrstev elektrolytu E podle obrázku 2.2.
Značení 301 odpovídá přípravě chemického složení skel GMCA; GFIC a prvních aditiv A1A; A1E, a to pro přípravu vrstev anody A podle obrázku 2.3.
3.1.2 . Kmeny pro skla s prvními aditivy
Značení 102, 202, 302 uvádí technologický krok vstupu surovin ve formě sklářských kmenů a prvních aditiv, a to kmene pro zvolená skla GMCK; GFIC; GMCA a vhodná zvolená první aditiva A1K; A1E; A1A.
Značení 102 uvádí technologický krok vstupu kmenů pro skla GMCK; GFIC a dále uvádí vstup prvních aditiv A1K; A1E, vše pro přípravu vrstev katody K1; K2; K3 podle obrázku 2.1.
Značení 202 uvádí vstup kmenů pro skla GMCK; GFIC; GMCA a dále uvádí vstup prvních aditiv A1K; A1E; A1A, a to vše pro přípravu vrstev elektrolytu E1; E2; E3 podle obrázku 2.2.
- 35 CZ 309795 B6
Značení 302 uvádí vstup kmenů pro sklo GMCA a sklo GFIC, a dále uvádí vstup prvních aditiv A1A; A1E, a to vše pro přípravu anodu A1; A2; A3 podle obrázku 2.3.
3.1.3 Tavení sklovin
Značení 103, 203, 303 se týká následného technologického kroku tavení sklovin, a to skla GMCK; GFIC; GMCA. Pokud není nutné řízení oxidačně-redukčního (redox) stavu skloviny, tak se tavba provádí na vzduchu. Ale pokud je řízení redox stavu skloviny nutné, tak tavba sklovin probíhá v řízené atmosféře.
Značení 103 se týká tavení skloviny GMCK; GFIC podle shora uvedené přípravy způsobu tavení, vždy pro přípravu vrstev katody K1; K2; K3 podle obrázku 2.1.
Značení 203 se týká tavení skloviny GMCK; GFIC; skloviny GMCA podle shora uvedené možnosti volby způsobu tavení, a to pro přípravu vrstev elektrolytu E1; E2; E3 podle obrázku 2.2.
Značení 303 se týká tavení skloviny GMCA; GFIC podle shora uvedené přípravy způsobu tavení, a to pro přípravu vrstev anody A1; A2; A3 podle obrázku 2.3.
3.1.4 Chlazení skel
Značení 104, 204 a 304 představuje technologický krok procesu chlazení utavených skel, a to skla GMCK; GFIC; GMCA, na vzduchu nebo v ochranné atmosféře.
Značení 104 představuje proces chlazení utaveného skla GMCK; GFIC na vzduchu nebo v ochranné atmosféře, a to pro přípravu vrstev katody K1; K2; K3 podle obrázku 2.1.
Značení 204 představuje proces chlazení utaveného skla GMCK; GFIC; GMCA na vzduchu nebo v ochranné atmosféře, pro přípravu vrstev elektrolytu E1; E2; E3 podle obrázku 2.2.
Značení 304 představuje proces chlazení utaveného skla GMCA; GFIC na vzduchu nebo v ochranné atmosféře, pro přípravu vrstev anody A1; A2; A3 podle obrázku 2.3.
3.1.5 . Drcení skla
Značení 105, 205, 305 představuje následný technologický krok rozdrcení utaveného a vychlazeného skla na střepy, a to skla GMCK; GFIC; skla GMCA.
Značení 105 představuje technologický krok rozdrcení skla GMCK; GFIC na střepy, vše pro přípravu vrstev katody K1; K2; K3 podle obrázku 2.1.
Značení 205 představuje technologický krok rozdrcení skla GMCK; GFIC; GMCA na střepy, vše pro přípravu vrstev elektrolytu E1; E2; E3 podle obrázku 2.2.
Značení 305 představuje následný technologický krok rozdrcení skla GMCA; GFIC, vše pro přípravu vrstev anody A1; A2; A3 podle obrázku 2.3.
3.1.6 Přidání prvního aditiva ke střepům
Značení 106, 206, 306 se týká technologického kroku přidání prvního aditiva A1K nebo prvního aditiva A1E nebo prvního aditiva A1A ke střepům skla GMCK, nebo ke střepům skla GFIC, nebo ke střepům skla GMCA. Tato první aditiva nastavují elektronovou vodivost těchto hmot, a tím efektivitu přenosu elektrického náboje pomocí rychlých oxidačně-redukčních reakcí.
- 36 CZ 309795 B6
Značení 106 se týká přidání prvního aditiva A1K ke střepům skla GMCK; přidání prvního aditiva A1E ke střepům skla GFIC; a to pro přípravu vrstev katody K1; K2; K3 podle obrázku 2.1.
Značení 206 se týká přidání prvního aditiva A1E ke střepům skla GFIC; přidání prvního aditiva A1K ke střepům skla GMCK; přidání prvního aditiva A1A ke střepům skla GMCA; a to, vše pro přípravu vrstev elektrolytu E1; E2; E3 podle obrázku 2.2.
Značení 306 se týká přidání prvního aditiva A1E ke střepům skla GFIC; přidání prvního aditiva A1A ke střepům skla GMCA; vše pro přípravu vrstev anody A1; A2; A3 podle obrázku 2.3.
3.1.6 a Smíchání střepů skel s prvními aditivy
Značení 106a, 206a a 306a se týká technologického kroku smíchání střepů skel s prvními aditivy pro katodu K nebo anodu A nebo elektrolyt E, s odkazem na tabulky 10, 14, 18, 22, 26, 30, 34, 38 a 42.
Značení 106a označuje vzájemné smíchání skla GMCK s aditivem A1K; skla GFIC s aditivem A1E; s odkazem na tabulky 10, 22 a 34 a obr. 2.1, a to vše pro přípravu vrstev katody K1; K2; K3.
Značení 206a označuje vzájemné smíchání skla GMCK s aditivem A1K se sklem GFIC s aditivem A1E a též se sklem GMCA a s aditivem A1A; s odkazem na tabulky 14, 26 a 38 a obr. 2.2, a to vše pro přípravu vrstev elektrolytu E1; E2; E3.
Značení 306a označuje vzájemné smíchání skla GMCA s aditivem A1A se sklem GFIC s aditivem A1E; s odkazem na tabulky 18, 30 a 42 a obr. 2.3; a to vše pro přípravu vrstev anody A1; A2; A3.
3.1.7 Mletí směsi střepů skla s prvními aditivy na mikro a nano částice
Značení 107, 207, 307 označuje technologický krok mletí střepů skel s prvními aditivy na mikro a nanočástice, a to mletí střepů skla GMCK spolu s prvním aditivem A1K nebo mletí skla GFIC s prvním aditivem A1E nebo mletí skla GMCA s prvním aditivem A1A, s odkazem na příslušné tabulky 10, 14, 18, 22, 26, 30, 34, 38 a 42 a příslušné obr. 2.1a, 2.2a, 2.3a.
Značení 107 označuje mletí střepů skla GMCK s prvním aditivem A1K nebo skla GFIC s prvním aditivem A1E, na mikro a nanočástice, s odkazem na tabulky 10, 14, 22, 26, 34, a 38, pro přípravu vrstev katody K1; K2; K3 podle obrázku 2.1a.
Značení 207 označuje mletí střepů skla GFIC s prvním aditivem A1E nebo mletí střepů skla GMCK s prvním aditivem A1K nebo mletí střepů skla GMCA s prvním aditivem A1A, na mikro a nanočástice pro elektrolyt E1; E2; E3, s odkazem na tabulky 10, 14, 18, 26, 30, 34, 38 a 42, podle obrázku 2.2a.
Značení 307 označuje mletí střepů skla GMCA s prvním aditivem A1A nebo mletí střepů skla GFIC s prvním aditivem A1E na mikro a nanočástice; odkazem na Tabulky 14, 18, 22, 26, 30, 34, 38 a 42; pro přípravu vrstev anody A1; A2; A3 podle obrázku 2.3a.
3.1.8 Zamíchání mikro a nanočástic do nosných polymerních kapalných směsí
Značení 108, 208 a 308 představuje technologický krok zamíchání získaných mikro a nanočástic do nosných polymerních kapalných směsí, kde získané mikro a nanočástice obsahují sklo GFIC s prvním aditivem A1E nebo sklo GMCK s prvním aditivem A1K nebo sklo GMCA s prvním aditivem A1A, přičemž nosné polymerní směsi pomáhají vytvořit mikro nebo nanovlákna v elektrickém poli; s odkazem na příslušné tabulky 11, 12, 15, 16, 19, 20, 23, 24, 27, 28, 31, 32,
- 37 CZ 309795 B6
35, 36, 39, 40, 43 a 44 a příslušné obrázky 2.1a, 2.2b a 2.3a.
Značení 108 představuje zamíchání získaných mikro a nanočástic do nosných polymerních kapalných směsí, které pomáhají vytvořit mikro nebo nanovlákna v elektrickém poli; s odkazem na tabulky 11, 12, 15, 16, 23, 24, 27, 28, 35, 36, 39 a 40; pro přípravu vrstev katody K1; K2; K3 podle obrázku 2.1a.
Značení 208 představuje zamíchání získaných mikro a nanočástic pro elektrolyt E do nosných polymerních kapalných směsí, které pomáhají vytvořit mikro nebo nanovlákna v elektrickém poli; s odkazem na tabulky 11, 12, 15, 16, 19, 20, 23, 24, 27, 28, 31, 32, 35, 36, 39, 40, 43 a 44; pro přípravu vrstev elektrolytu E1; E2; E3 podle obrázku 2.2a.
Značení 308 představuje zamíchání mikro a nanočástic pro anodu A do nosných polymerních kapalných směsí, které pomáhají vytvořit mikro nebo nanovlákna v elektrickém poli; s odkazem na tabulky 15, 16, 19, 20, 23, 24, 27, 28, 31, 32, 35,36, 39, 40, 43 a 44; pro přípravu vrstev anody A1; A2; A3 podle obrázku 2.3a.
3.1.9 Dávkování získané směsi do zvlákňovacího zařízení - elektrospineru
Značení 109, 209, 309 ilustruje technologický krok dávkování získané směsi do elektrospineru s odkazem na tabulky 13, 17, 21, 25, 29, 33, 37, 41 a 45; a obrázky 2.1a, 2.2a a 2.3a.
Značení 109 ilustruje dávkování získané směsi do zvlákňovacího zařízení (elektrospineru); s odkazem na tabulky 13, 25, 37; pro přípravu vrstev katody K1; K2; K3 podle obrázku 2.1a.
Značení 209 ilustruje dávkování získané směsi pro přípravu vrstev elektrolytu E do zvlákňovacího zařízení); s odkazem na tabulky 17, 29, 41; pro přípravu vrstev elektrolytu E1; E2; E3 podle obrázku 2.2a.
Značení 309 ilustruje dávkování získané směsi do zvlákňovacího zařízení; s odkazem na tabulky 21, 33, 45; pro přípravu vrstev anody A1; A2; A3 podle obrázku 2.3a.
3.1.10 Tažení mikro a nano vláken v elektrickém poli ve zvlákňovacím zařízení - elektrospineru
Značení 110, 210, 310 ukazuje technologii kroku tažení mikro a nanovláken v elektrickém poli; s odkazem na obrázky 2.1a, 2.2a, 2.3a a dále obrázek 2.8.
Značení 110 ukazuje technologii kroku tažení mikro a nanovláken v elektrickém poli pro katodu K1; K2; K3 podle obrázku 2.1a a s odkazem na obrázek 2.8.
Značení 210 ukazuje technologii kroku tažení mikro a nanovláken v elektrickém poli pro elektrolyt E1; E2; E3 podle obrázku 2.2a a s odkazem na obrázek 2.8.
Značení 310 ukazuje technologii kroku tažení mikro a nanovláken v elektrickém poli pro anodu A1; A2; A3 podle obrázku 2.3a a s odkazem na obrázek 2.8.
3.1.11 Tepelné zpracování mikro a nanovláken
Značení 111, 211, 311 je následný technologický krok tepelného zpracování mikro a nanovláken při teplotách 200 až 1200 °C s odkazem na obrázek 4.1, 4.2, 4.4 a obrázky 2.1a, 2.2a a 2.3a. Tento technologický krok umožňuje vytvoření pružných vrstev i s těchto čistě anorganických materiálů, a tudíž nehořlavých materiálů.
Značení 111 je představuje technologický krok tepelného zpracování mikro a nanovláken pro přípravu vrstev katody K1; K2; K3 při teplotách 200 až 1200 °C podle obrázku 2.1a
- 38 CZ 309795 B6 a s odkazem na obrázky 4.1 a 4.2.
Značení 211 je následný technologický krok tepelného zpracování mikro a nanovláken pro přípravu vrstev elektrolytu E1; E2; E3 při teplotách 200 až 1200 °C podle obrázku 2.2a a s odkazem na obrázky 4.1, 4.2 a 4.4.
Značení 311 je následný technologický krok tepelného zpracování mikro a nanovláken pro přípravu vrstev anody A1; A2; A3 při teplotách 200 až 1200 °C podle obrázku 2.3a a s odkazem na obrázky 4.1, a 4.2.
3.1.12 Exfoliace mikro a nanovláken
Značení 112, 212, 312 představuje technologický krok exfoliace mikro a nanovláken. Exfoliace se týká rozevření povrchu mikro/nanovláken vláken, které vede k výraznému zvýšení poměru povrchu vlákna ku jeho objemu.
Značení 112 představuje exfoliace mikro a nanovláken pro přípravu vrstev katody K1; K2; K3. Exfoliace se týká rozevření povrchu mikro/nanovláken vláken, které vede k výraznému zvýšení poměru povrchu vlákna ku jeho objemu podle obrázku 2.1a.
Značení 212 představuje exfoliace mikro a nanovláken pro přípravu vrstev elektrolytu E1; E2; E3. Exfoliace se týká rozevření povrchu mikro/nanovláken, které vede k výraznému zvýšení poměru povrchu vlákna ku jeho objemu podle obrázku 2.2a.
Značení 312 představuje exfoliace mikro a nanovláken pro přípravu vrstev anody Ad; A2; A3. Exfoliace se týká rozevření povrchu mikro/nanovláken, které vede k výraznému zvýšení poměru povrchu vlákna ku jeho objemu podle obrázku 2.3a.
3.1.12 Nanášení druhého aditiva
Značení 113, 213, 313 odpovídá důležitému technologickému kroku nanášení druhého aditiva, a to druhého aditiva A2K pro katodu K, druhého aditiva A2E pro elektrolyt E a druhého aditiva A2A pro anodu A. S odkazem na tabulky 4c, 5c, 6c, 7c, 8c a 9c. Druhé aditivum zajišťuje příznivou soudržnost kompozitních vrstev a jejich adhezi např. též ke kolektoru KK katody K a ke kolektoru KA anody A.
Značení 113 odpovídá důležitému kroku nanášení druhého aditiva, a to druhého aditiva A2K pro katodu K1; K2; K3 podle obrázku 2.1a a s odkazem na tabulky 4c, 5c, 6c, a 7c. Druhé A2K zajišťuje příznivou soudržnost kompozitních vrstev a jejich adhezi např. též ke kolektoru KK katody K.
Značení 213 odpovídá důležitému kroku nanášení druhého aditiva, a to druhého aditiva A2E pro elektrolyt E1; E2; E3 podle obrázku 2.2a a s odkazem na tabulky 6c a 7c. Druhé aditivum A2E zajišťuje příznivou soudržnost kompozitních vrstev.
Značení 313 odpovídá důležitému kroku nanášení druhého aditiva, a to druhého aditiva A2A pro anodu A1; A2; A3 podle obrázku 2.3a a s odkazem na tabulky 8c a 9c. Druhé aditivum A2A zajišťuje příznivou soudržnost kompozitních vrstev a jejich adhezi např. též ke kolektoru KA anody A.
3.1.14 Lisování kompozitní vrstvy
Značení 114, 124 a 314 se týká následného technologického kroku lisování získaných kompozitní vrstvy pro katodu K, elektrolyt E a anodu A.
- 39 CZ 309795 B6
Značení 114 se týká následného lisování získané kompozitní vrstvy pro přípravu vrstev katody K podle obrázku 2.1b.
Značení 214 se týká následného lisování získané kompozitní vrstvy pro přípravu vrstev elektrolytu E podle obrázku 2.2b.
Značení 314 se týká následného lisování získané kompozitní vrstvy pro přípravu vrstev anody A podle obrázku 2.3b.
3.1.15 Tepelné zpracování pro adhezi druhých aditiv
Značení 115, 215 a 315 představuje technologický krok následného tepelného zpracování takto získané slisované vrstvy, probíhající ohřevem na teplotu 100 až 500 °C a následným dostatečně pomalým zchlazením, s výhodou v tomtéž zařízení, za účelem dosažení adheze druhých aditiv A2K; A2E; A2A, s odkazem na obrázky 2.1a, 2.2b a 2.2c.
Značení 115 představuje následné tepelné zpracování slisované vrstvy, probíhající ohřevem na 100 až 500 °C s následným zchlazením za účelem dosažení adheze druhých aditiv A2K pro přípravu vrstev katody K podle obrázku 2.1b.
Značení 215 představuje následné tepelné zpracování slisované vrstvy, probíhající ohřevem na 100 až 500 °C a následným zchlazením za účelem dosažení adheze druhých aditiv A2E pro přípravu vrstev elektrolytu E podle obrázku 2.2b.
Značení 315 představuje následné tepelné zpracování slisované vrstvy, probíhající ohřevem na 100 až 500 °C a následným zchlazením za účelem dosažení adheze druhých aditiv A2A pro přípravu vrstev anody A podle obrázku 2.3b.
3.1.16 Získání hotových kompozitních vrstev
Značení 116, 216, 316 je finální technologický krok získání jednotlivých hotových kompozitních vrstev s odkazem na obrázky 1.1, 1.2, 1.3 a 2.1a, 2.2b, 2.3b, a to: kompozitních vrstev K1.1; K2.1, K2.2; nebo vrstev K3.1, K3.2, K3.3 katody K; nebo kompozitních vrstev E1.1, nebo E2.1, E2.2; nebo E3.1, E3.2, E3.3 elektrolytu E; nebo kompozitních vrstev A1.1 nebo A2.1, A2.2 nebo A3.1, A3.2, A3.3 anody A.
Značení 116 je finální krok získání hotových kompozitních vrstev s odkazem na obrázky 1.1 až 1.3, a to: kompozitních vrstev K1.1; nebo K2.1, K2.2; nebo vrstev K3.1, K3.2, K3.3 katody K podle obrázku 2.1b.
Značení 216 je finální krok získání hotových kompozitních vrstev s odkazem na obrázky 1.1 až 1.3, a to: kompozitních vrstev E1.1; nebo E2.1, E2.2; nebo vrstev E3.1, E3.2, E3.3 elektrolytu E podle obrázku 2.2b.
Značení 316 je finální krok získání hotových kompozitních vrstev s odkazem na obrázky 1.1 až 1.3, a to: kompozitních vrstev A1.1; nebo A2.1, A2.2; nebo vrstev A3.1, A3.2, A3.3 anody A podle obrázku 2.3b.
3.2 Příprava elektrod katody K a anody A a elektrolytu E
Druhý způsobový krok představuje příprava katody, elektrolytu a anody, a je znázorněna na obrázcích 2.4 až 2.5. Příprava katody K je znázorněna na obrázku 2.4, 20 příprava elektrolytu E na obrázku 2.5 a příprava anody A na obrázku 2.6. Technologický postup má určité společné rysy s odkazem na obrázek 1.1 až 1.3.
- 40 CZ 309795 B6
3.2.1 Příprava počtu volitelných vrstev katody K, anody A a elektrolytu E
Značení 401, 501, 601 znázorňuje technologický krok, a to přípravu volitelných vrstev, pro tento příklad 1 až 3 vrstvy katody K (obr. 2.4) nebo elektrolytu E (obr. 2.5) a anody A (obr. 2.6).
Značení 401 znázorňuje přípravu zvolených a vyrobených vrstev katody K pro článek B1 tvořený v Příkladu 1 jednou vrstvou K1.1, nebo pro článek B2 tvořený v Příkladu 2 dvěma vrstvami K2.1; K2.2, nebo pro článek B3 tvořený třemi vrstvami K3.1; K3.2; K3.3 podle obrázku 2.4, případně též s odkazem na obrázky 1.1, 1.2, 1.3.
Značení 501 znázorňuje počet volitelných vrstev pro elektrolyt E, pro článek B1 tvořený v Příkladu 1 jednou vrstvou E1.1, nebo pro článek B2 tvořený v Příkladu 2 dvěma vrstvami E2.1; E2.2, nebo pro článek B3 tvořený třemi vrstvami E3.1; E3.2; E3.3, podle obrázku 2.5, případně též s odkazem na obrázky 1.1, 1.2, 1.3.
Značení 601 znázorňuje počet volitelných vrstev pro anodu A pro článek B1 tvořený v Příkladu 1 jednou vrstvou A1.1, nebo pro článek B2 tvořený v Příkladu 2 dvěma vrstvami A2.1; A2.2, nebo pro článek B3 tvořený třemi vrstvami A3.1; A3.2; A3.3, podle obrázku 2.6, případně též s odkazem na obrázky 1.1, 1.2, 1.3.
Možnost přípravy různého počtu vrstev pro tvorbu katody K, elektrolytu E a anody A flexibilně zajišťuje jejich optimální vytváření s ohledem na poměr ceny a klíčových elektrických parametrů z nich sestavených bateriových článků, jako jsou elektrický výkon a hustota energie. Ekonomickou variantu představují články s jednou vrstvou pro katodu K, elektrolyt E a anodu A a rovněž články se dvěma vrstvami o zjednodušeném chemickém složení, které budou mít nižší výkon, nižší hustotu energie a kratší životnost. Na druhé straně nákladnější články se třemi vrstvami s optimalizovaným chemickým složením pro katodu K, elektrolyt E a anodu A budou dosahovat vyššího výkonu, hustoty energie a delší životnosti.
3.2.2 Slisování jednotlivých kompozitních vrstev katody K, anody A a elektrolytu E
Značení 402, 502, 602 ilustruje technologický krok slisování jednotlivých kompozitních vrstev katody K, anody A a elektrolytu E.
Značení 402 ilustruje slisování jednotlivých kompozitních vrstev pro katodu K, a to slisování jedné vrstvy nebo 2 vrstev nebo 3 vrstev, podle obrázku 2.4, případně též s odkazem na obrázky 1.1, 1.2, 1.3.
Značení 502 ilustruje slisování jednotlivých kompozitních vrstev pro elektrolyt E, a to slisování jedné vrstvy nebo 2 vrstev nebo 3 vrstev, podle obrázku 2.5, případně též s odkazem na obrázky 1.1, 1.2, 1.3.
Značení 602 ilustruje slisování jednotlivých kompozitních vrstev pro anodu A, a to slisování jedné vrstvy nebo 2 vrstev nebo 3 vrstev, podle obrázku 2.6, případně též s odkazem na obrázky 1.1, 1.2, 1.3.
3.2.3 Finální získání vrstev katody K, elektrolytu E nebo anody A
Značení 403, 503, 603 představuje technologický krok finálního získání kompozitních vrstev katody K, elektrolytu E nebo anody A, podle obrázků 2.4, 2.5, 2.6, případně též s odkazem na obrázky 1.1, 1.2, 1.3.
Značení 403 představuje finální získání slisovaných kompozitních vrstev katody K, a to 1vrstvé, 2vrstvé nebo 3vrstvé podle obrázku 2.4.
- 41 CZ 309795 B6
Značení 503 představuje finální získání slisovaných kompozitních vrstev elektrolytu E, a to Ivrstvé, 2vrstvé nebo 3vrstvé podle obrázku 2.5.
Značení 603 představuje finální získání slisovaných kompozitních vrstev anody A, a to Ivrstvé, 2vrstvé nebo 3vrstvé_podle obrázku 2.6.
3.3 Sestavení sekundárních bateriových článků B1, B2, B3
Třetí a poslední způsobový krok, sestavení sekundárních bateriových článků B1, B2, B3 je znázorněn schematicky na obrázku 2.7 s odkazem na obrázek 5.1 a 5.2.
Značení 701 vychází již z hotové připravené katody K1 nebo K2 nebo K3; elektrolytu E1 nebo E2 nebo E3; a anody A1 nebo A2 nebo A3. Katoda K1 nebo elektrolyt E1 nebo anoda A1 jsou jednovrstvé. Katoda K2, elektrolyt E2 a anoda A2 jsou dvouvrstvé. Katoda K3, elektrolyt E3 a anoda A3 jsou třívrstvé.
Značení 701a představuje přiložení elektrod k elektrolytu. Ke katodě K1 přiloží elektrolyt E1 a k němu anoda A1; nebo ke katodě K2 se přiloží elektrolyt E2 a k němu anoda A2; nebo ke katodě K3 se přiloží elektrolyt E3 a k němu anoda A3.
Značení 702 představuje připojení kolektoru KK ke katodě K1, nebo ke katodě K2, nebo ke katodě K3 a kolektoru KA k anodě A1, nebo k anodě A2, nebo k anodě A3. Vznikne tak neslisovaná sestava sekundárního bateriového článku B1 nebo B2 nebo B3.
Značení 703 zahrnuje následné slisování neslisované sestavy do finálního sekundárního bateriového článku B1 nebo B2 nebo B3, bez vnějšího obalu.
Značení 704 se týká vakuového zatavení získané slisované sestavy do plastového obalu.
Značení 705 ilustruje finalizaci a získání sekundárního bateriového článku B1 nebo B2 nebo B3, např. do finálního standardního tvaru.
3.3 Zvlákňování - elektrospining podrobněji (Obrázek 2.8)
Obrázek 2.8 znázorňuje schematicky zvlákňovací zařízení (elektrospiner) při tvorbě důležitého technologického kroku zvlákňování v technologickém směru dvou vyznačených šipek (zleva doprava).
Zvlákňovací zařízení zahrnuje pumpu 1 s roztokem vyúsťující do trysky 2 Taylorova kužele 3 a sběrné plochy 4. Mezi koncem Taylorova kužele 3 a sběrnou plochou 4 je oblast 5 zvlákňování mikro a nano vláken (přechodu mezi taveninou skla a pevnou fází skleněných vláken). V oblasti 5 zvlákňování je naznačen proud 6 vznikajících zvlákňovaných mikro a nano vláken, naznačených ilustrativně ve formě letících vlnek vláken (písmene „V“), respekt. zvětšujících se vlnovek. V oblasti pumpy 1 a Taylorova kužele 3 s tryskou 2 dochází k pomalé akceleraci a v oblasti 5 zvlákňování dochází k prudké akceleraci.
Zvlákňování 110, 210, 310 probíhá např. tak, že se získaná prášková směs mikro a nanočástic kompozitu vmísí do kapalné směsi s tetraethoxysilanem TEOS za míchání do získání stejnorodé disperzní kapalné směsi s rovnoměrně dispergovanými pevnými mikro a nano částicemi skla a prvních aditiv A1. Pro dosažení dokonale homogenní kapalné disperzní směsi probíhá míchání např. magnetickým míchadlem po dobu 24 hodin při teplotách 20 až 25 °C. Případně se polymerace nosného polymeru může urychlit ultrazvukem.
Vlastní zvlákňovací zařízení dávkuje obsah jednotlivých zásobníků s různou nastavenou rychlostí
- 42 CZ 309795 B6 výtoku směsi do elektrického pole. Vložené stejnosměrné napětí je 30kV a vzdálenost mezi kladnou tryskou 2 a sběrnou plochou 4 ve funkci záporného kolektoru je 15 cm. Toto nastavení zajišťuje vznik potřebných mikro a nanovláken.
Hotové stejnorodé disperzní kapalné zvlákňovací směsi se napustí do nejméně dvou až sedmi jednotlivých zásobníků zvlákňovacího zařízení - elekrospiningu. Z těchto zásobníků se zvlákňovací směsi buď písty, nebo peristaltickými čerpadly pomalu rovnoměrně vytlačují do jehlových trysek 2, které jsou připojeny na kladný pól stejnosměrného vysokonapěťového zdroje. Z jednotlivých trysek 2 se tyto směsi vytlačují do elektrického pole o vysoké intenzitě, v řádech kV^m-1, které je vytvořeno protilehlou sběrnou plochou 4, v konkrétním příklad např. plošným kolektorem připojeným na záporný pól zdroje 7. Drobné kapky polymerních směsí o kladném náboji se tímto stejnosměrným elektrickým polem rychle unáší v proudu 6 od ústí trysek 2 a během letu v oblasti 5 zvlákňování se formují do mikro a nano vláken, která dopadají na protější sběrnou plochu 4, tj.ve funkci plochého kolektoru o záporném náboji; a tak vytvářejí souvislou vrstvu netkaných vláken o středním průměru 1 nm až 100 pm. Vzniklá vrstva obsahuje také směsi skelných a/nebo krystalických částic, přičemž tyto částice se nacházejí především uvnitř a částečně také na povrchu takto vzniklých mikro a nano vláken.
Vlastní zvlákňovací zařízení má např. od jednoho až do sedmi zásobníků. Např. v příkladu 3 provedení tohoto vynálezu má zvlákňovací zařízení sedm zásobníků: vlákno z 1. zásobníku vnáší do kompozitu ovlivnění mechanických vlastností vlákna, ze 2. zásobníku vnáší do kompozitu iontovou vodivost, ze 3. zásobníku vnáší do kompozitu elektronovou vodivost, ze 4. zásobníku vnáší do kompozitu redukčně-oxidační rovnováhu, z 5. zásobníku přispívá ke vzájemnému spojování ostatních vláken, ze 6. zásobníku vnáší do kompozitu tepelnou vodivost a ze 7. zásobníku vnáší do kompozitu další případnou doplňující vlastnost (např. magnetické nebo optické vlastnosti).
Zvlákňovací směs se připraví smícháním práškové směsi mikro a nanočástic se směsí nosných polymerů. Zvlákňovací směs je ve formě kapalné disperze.
Pro každý zásobník se namíchá potřebná prášková směs, např. podle tabulek 10, 14, 18, 22, 26, 30, 34, 38, 42. Tyto práškové skelné směsi mikro a nanočástic s prvními aditivy A1K nebo A1A nebo A1E, se za kontinuálního míchání vmísí výhodně do ethanolu a poté do polymerních směsí s přídavkem běžného disperzního činidla, zkráceně označeného v tabulkách 10, 11, 15 jako „disper“; podle označení 108, 208, 308 a odpovídajících obrázků 2.1a, 2.2a, 2.3a. Následně se rozdruží, např. pomocí ultrazvuku do vzniku disperze rozdružených částic.
Pro každý jednotlivý zásobník se namíchá směs nosného polymeru, např. podle tabulek 11, 15, 19, 23, 27, 31, 35, 39, 43. Směs nosného polymeru obsahuje směs, např. se stávající z TEOS, PVP, ethanolu a vody, vyjádřené v % mol. V příkladných provedeních, např. je TEOS v množství 0,01 až 10,37 % mol., PVP v množství 0,03 až 0,05 % mol., ethanol v množství 68,85 až 99, 92 % mol. a voda v množství 0,02 až 20,75 % mol. K této směsi nosných polymerů se přidává navíc jako přídavek malé množství běžného dispergačního činidla, označené v tabulkách pro zkrácení jako „disper“, a to v % obj., většinou v množství 0,1 % obj.
Pro každý jednotlivý zásobník se vytvoří kapalná disperze ze skelné práškové směsi mikro a nanočástic s prvními aditivy A1K; A1A; A1E a jejich smíchání 108, 208, 308 do směsí nosných organických polymerů. Získaná skelná směs mikro a nanočástic s prvními aditivy A1K nebo A1A nebo A1E se následně smísí s organickými látkami jakožto budoucími nosnými polymery nosiči (např. tabulky 12, 16, 20, 24, 28, 32, 35, 40, 44 za účelem převedení směsi mikro a nanočástic s prvními aditivy A1K nebo A1A nebo A1E do formy mikro a nanovláken zvlákňováním.
- 43 CZ 309795 B6
Zvlákňování se provádí tažením skelných mikro/nanovláken buď přednostně zvlákňováním v elektrickém poli, tzv. elektrospiningem, (obrázek 2.8) (nebo případně možným zvlákňováním v proudu vzduchu). Vlastní zvlákňovací zařízení - elektrospining dávkuje obsah jednotlivých zásobníků s různou nastavenou rychlostí výtoku směsi do elektrického pole. Rychlost výtoku v příkladných provedeních, podle tabulek 13, 17, 21, 25, 29, 33, 36, 41, 45) se pohybuje od 0,01 do 1,98 ml.h-1.
Tímto postupem vlákna o řízeně rozdílném chemickém složení postupně vytváří kompozitní vrstvu o řízeném chemickém gradientu složení, kterým se tak dosahuje potřebného funkčního gradientu vlastností či funkcí a vzniká tak základ funkčně- gradientní koncentrace uvnitř kompozitu pro kompozitní vrstvu katody K nebo anody A nebo elektrolytu E.
3.4 Podrobnější popis technologických kroků přípravy jednotlivých vrstev bateriových článků B (Obrázky 2.1 až 2.7)
Diagramy na obr. 2.1 až 2.7 schematicky zachycují postup přípravy sekundárního bateriového článku B typu kapsy (tzv. poach cell) z jeho hlavních komponent; tj. funkčně gradientní koncentrace kompozitu katody K, anody A a elektrolytu E. Tyto kompozity jsou sestaveny skládáním základních amorfních skel GMCK, GMCA a GFIC, doplněnými krystalickými prvními aditivy A1K, A1E, A1A a druhými aditivy A2K, A2E a A2A. Základní morfologií těchto připravených jsou především mikro a nanočástice a mikro a nanovlákna, vyznačující se velmi vysokým poměrem povrchu ku objemu.
Postupy schematicky popsané těmito diagramy jsou vyjádřeny formou vývojových diagramů na obr. 2.1 až 2.7, jež zachycují posloupnosti jednotlivých důležitých kroků technologie přípravy těchto mikro a nanostruktur pro katodu K, elektrolyt E a anodu A pro sekundární bateriové články B1, B2, B3, popsaných výše v kapitole 3.
Na základě zvoleného složení 101, 201, 301 amorfních skel GMCK, GMCA (GMC - Glass Mixed Conductor) s optimalizovanou smíšenou iontovou a elektronovou/děrovou vodivostí a typu amorfního skla GFIC (Glass Fast-Ion Conductor) s optimalizovanou vysokou iontovou a velmi nízkou elektronovou vodivostí (tabulky 4-9c), se vyberou příslušné výchozí suroviny a provádí se výpočet složení příslušných směsí surovin (tj. sklářských kmenů 102, 202, 302).
Suroviny pro sklářské kmeny se navažují s přesností na tisíciny gramu. Následně se směs mechanicky homogenizuje v třecí míse nebo v míchačce po dobu minimálně 1 h. Po dosažení homogenní směsi, se směs dávkuje např. do žárovzdorných kelímků z korundu (Al2O3), porcelánu nebo slitiny PtRh. K získání příslušných skel se poté suroviny taví v technologickém kroku tavení 103, 203, 303 v elektrické peci buď běžným způsobem tavení skloviny ve vzdušné atmosféře nebo tavením skloviny v řízené atmosféře, do získání homogenní skloviny. Řízená atmosféra tavení má nastaven vhodný parciální tlak kyslíku O2 pro dosažení potřebné oxidační nebo redukční atmosféry během tavby. V závislosti na složení typu skel se teplota tavení pohybuje v rozpětí 300 až 1500 °C po dobu 0,5 až 4 h.
Získaná homogenní tavenina se následně dostatečně rychle zchladí v technologickém kroku chlazení 104, 204, 304 utavených skel, buď volným chlazením na vzduchu, nebo řízeným chlazením odlitím do kovové formy, na rychle rotující válec nebo mezi dva rychle rotující válce, čímž se vytvoří homogenní pevné sklo ve formě bloků nebo střepů. V případě velmi rychlého chlazení se rychlosti chlazení pohybují od 100 °Gs-1 až 1000 °C^s-1. Chlazení probíhá na vzduchu nebo v řízené atmosféře s nastaveným vhodným parciálním tlakem kyslíku O2 pro dosažení potřebné oxidační nebo redukční atmosféry.
Takto získané pevné sklo se následně v mlýnu běžným způsobem mechanicky nadrtí na střepy ve formě menších skelných částic/skelného prášku v technologickém kroku drcení 105, 205, 305, po dobu potřebnou k získání skelných částic/skelného prášku o velikosti řádově milimetrů až
- 44 CZ 309795 B6 mikrometrů.
K takto získaným skelným částicím se v následném technologickém kroku 106, 206, 306 přidá příslušné první aditivum A1K; A1E; A1A, jako je např. Cu, Fe, Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, V, Mo, W jejich amorfní slitiny jako kovová skla, nebo jejich oxidy, SiC, LiCl, NaCl a prvky Mn, Fe, Co, Ni, V, Mo, W, O ve formě sloučenin tvořících pevné roztoky se strukturou spinelu o střední velikosti částic řádově milimetrů až mikrometrů.
Následuje technologický krok smíchání 106a, 206a, 306a rozemletého skla s vhodnými prvními aditivy A1K; A1E; A1A a jejich následné mletí 107, 207, 307 na mikro a nanočástice. Mletí 107, 207, 307 řádově na mikrometry se provádí nejdříve v diskovém mlýnu a následně v mlýnu vibračním či kulovém na sucho či v kapalině namokro po dobu nezbytnou k dosažení homogenní směsi o požadované střední velikosti částic v řádu mikrometrů až nanometrů, s potřebnou distribuční křivkou o šířce v polovině výšky v řádu příslušných jednotek mikrometrů či nanometrů. Případně mokrá či vlhká směs se vysušuje v sušárně při teplotě okolo 120 °C ±15 °C po dobu okolo 20 h ±4 h do konstantní hmotnosti.
Následují technologické kroky, jsou popsány v následných kapitolách podrobněji. Jsou to zamíchání 108, 208, 308 získaných práškových směsí zvolených skel GMCK; GMCA; GMCE s vhodnými prvními aditivy A1; A1K; A1E do nosných polymerních disperzních kapalných směsí, následné dávkování 109, 209, 309 takto získaných disperzí do zvlákňovacího zařízení a následné zvlákňování 110, 210, 310 do mikro a nanovláken ve zvlákňovacím zařízení, v němž se vytváření funkčně gradientní koncentrace kompozitních vrstev mikro/nanovláken spolu s mikro/nanočásticemi.
Poté následuje technologický krok tepelného zpracování 111, 211, 311 kompozitních vrstev mikro/nanovláken. Připravené kompozitní vrstvy se následně vypalují během 24 hodinového cyklu při maximální teplotě v rozmezí 200 až 1200 °C, aby byly odstraněny nepotřebné uhlíkaté látky, např. funkční skupiny ethoxyskupiny nebo zbytky ethanolu.
Pro zvýšení efektivního povrchu mikro/nanovláken po výpalu se vlákna daného složení podrobí exfoliaci 112, 212, 312 v horké vodě nebo v autoklávu v prostředí vodní páry.
Poté se provádí nanášení 113, 213, 313 vhodných druhých aditiv A2K; A2E; A2A.
Na kompozitní vrstvu mikro/nanovláken se nanáší elektrosprejováním, sprejováním vzduchem, natíráním nebo namáčením vhodná krystalická skelná aditiva A2K; A2E; A2A, jako je např. Si, SiC, LiCl, NaCl, (Mn, Fe, Co, Ni, V, Mo, W, O) spinely, Cu, Al, částice nízkoviskózního fosforečného skla.
Vzniklá kompozitní vrstva se podrobí slisování 114, 214, 314 vrstvy mikro/nanovláken. Slisovaná kompozitní vrstva se následně podrobí tepelnému zpracování 115, 215, 315 při teplotách 100 až 500 °C a následnému pomalému zchlazení buď přímo v peci, aby nedošlo k popraskání.
Výsledkem tohoto prvního technologického kroku je získání 116, 216, 316 jedné hotové kompozitní vrstvy katody K, elektrolytu E nebo anody A na bázi skelných mikro/nanovláken a mikro/nanočástic, která jsou po tepelném zpracování na povrchu pokryta odpovídajícími povlaky/částicemi druhých aditiv A2K; A2E; A2A a propojena spojovací matricí na bázi skla.
3.5 . Vytváření funkčně-gradientní koncentrace kompozitních vrstev
Vytvoření funkčně-gradientní - koncentrace kompozitních vrstev pro katodu K, elektrolyt E a anodu A podrobně představují a kvantifikují následující tabulky10 až 45 a následující kapitola 3.6 pro 1-vrstvý sekundární bateriový článek B1,
- 45 CZ 309795 B6 kapitola 3.7 pro 2-vrstvý sekundární bateriový článek B2 a kapitola 3.8 pro 3-vrstvý sekundární bateriový článek B3.
3.6 Sekundární bateriový 1-vrstvý článek B1
3.6.1 Vytváření aktivní hmoty pro kompozitní vrstvu Kl.l katody Kl - jedna vrstva
Tabulka 10 Míchání směsí mikro a nanoprášků na bázi skla s prvními aditivy pro dávkování do zásobníků 1 až 7, pro přípravu kompozitních vrstvy Kl.l katody Kl
| Práškové směsi pro vrstvy Kl.l katody K | Sklo GFIC % hmot. | První aditivum A1K % hmot. | Sklo GMCK % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | 4 | 1 | 95 | — | - |
| Směs pro zásobník 2 | 14 | 3 | 83 | - | - |
| Směs pro zásobník 3 | 15 | 4 | 81 | - | - |
| Směs pro zásobník 4 | 20 | 5 | 75 | — | — |
| Směs pro zásobník 5 | 4 | 1 | 95 | — | — |
| Směs pro zásobník 6 | 5 | 2 | 93 | - | - |
| Směs pro zásobník 7 | 1 | 0 | 99 | - | - |
Každá jednotlivá směs pro každý zásobník 1 až 7 představuje koncentraci příslušných skel GMCK, GFIC, GMCA a prvních aditiv AIK, A1A v celkové sumě 100 % hmota.
Tabulka 11 Kapalné polymerní směsi pro přípravu nosných polymerů, pro kapalnou disperzi, dávkovanou do zásobníků 1 až 7, použité k přípravě kompozitní vrstvy Kl.l pro katodu Kl
| Složení směsí nosných polymerů pro přípravu vrstvy Kl.l katody Kl | TEOS % mol. | PVP % mol. | Ethanol % mol. | HjO % mol. | Disper %obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0.03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0.04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
Každá polymerní směs pro každý jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje 4 složky v % mol., jejichž šumaje 100 % mol. Molární % jsou zde uvedena z důvodů jasného poměru mezi počtem molekul TEOS, PVC, etaanolu a vody. Přitom každá jednotlivá směs obsahuje ještě navíc dispergant v takovém množství, že je použita polymerní směs tvořící 99,9 % obj. a k tomu množství 0,1 % 25 obj. disperganta. Objemová % při použití polymerní směsi, která je kapalná, se používají běžně z praktických důvodů, protože se polymerní směs odměřuje a dávkuje v% obj. pomocí odměrných nádob.
Nosnými polymery jsou organické látky, napomáhající zvlákňování skelných směsí 30 mikro vláken/nanovláken, představující směs příslušných monomerů, jako je např.
tetraetaoxysilan (TEOS) nebo např. oligomerů, jako je polyvinylpyrrolidon (PVP). Tyto organické látky se zformují do formy převážně lineárních nosných polymerů vhodných pro zvlákňování. Pro finální vlákna obsahují S1O2, pak je nosným polymerem polysiloxanový polymer vytvořený polymerací TEOS. Pokud jsou finální vlákna bez S1O2, pak je použit nosný 35 polymer PVP.
-46CZ 309795 B6
Tabulka 12 Složení kapalné disperze, obsahující práškovou směs mikro a nano částic na bázi skla s prvním aditivem a nosného polymeru, pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitní vrstvy Kl.l pro katodu Kl
| Kapa II nái disperze pro vrstvu Kl.l katody Kl | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
Každá kapalná disperze pro jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje v % hmota, nosný polymer a práškovou směs mikro/nanočástic na bázi skla, jejichž šumaje 100 % hmota.
Tabulka 13 Rychlosti výtoku kapalné disperze ze zásobníků 1 až 7 do trysek elektrického zvlákňovače pro tvorbu vláken kompozitní vrstvy Kl.l pro katodu Kl
| Číslo zásobníku pro vrstvu Kl.l | Rychlost výtoku kapalné disperze [ml.h1] |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1, 78 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,82 |
| 7 | 0,05 |
3.6.2 Vytváření aktivní hmoty pro kompozitní vrstvu El.l elektrolytu El - jedna vrstva
Tabulka 14 Míchání směsí mikro a nanoprášků na bázi skla s prvními aditivy pro zásobníky 1 až 7 pro přípravu kompozitní vrstvy El.l pro elektrolyt El
| Práškové směsi pro vrstvy El.l elektrolytu E | Sklo GMCK % hmot. | Aditivum A1E % hmot. | Sklo GFIC % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | - | - | 100 | — | — |
| Směs pro zásobník 2 | - | - | 100 | — | — |
| Směs pro zásobník 3 | = | IDO | - | - | |
| Směs pro zásobník 4 | - | 1,1 | 98,9 | — | |
| Směs pro zásobník 5 | - | - | 100 | - | — |
| Směs pro zásobník 6 | - | - | 100 | - | - |
| Směs pro zásobník 7 | - | - | 100 | - | - |
-47CZ 309795 B6
Každá jednotlivá prášková směs mikro a nano částic pro daný zásobník obsahuje dané sklo a vhodné aditivum, v % hmota., jejichž šumaje 100 % hmota.
Tabulka 15 Kapalné polymerní směsi pro přípravu nosných polymerů pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitní vrstvy El.l pro elektrolyt El
| Složení smésí nosných polymeru pro přípravu vrstvy El.l elektrolytu E | TEOS % mol | PVP % mol. | Ethanol % mol. | H;O % mol. | Disper % obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní smés pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní smés pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní smés pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
Každá polymerní směs pro každý jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje 4 složky v % mol., jejichž šumaje 100 % mol., která jsou uvedena z důvodů jasného poměru mezi počtem molekul TEOS, PVC, etaanolu a vody. Přitom každá jednotlivá směs obsahuje ještě navíc dispergant v takovém množství, že je použita polymerní směs tvořící 99,9 % obj. a k tomu množství 0,1 % obj. disperganta. Objemová % se používají, protože se kapalná polymerní směs odměřuje a dávkuje v % obj. pomocí odměrných nádob pro daný zásobník.
Tabulka 16 Složení kapalné disperze, obsahující práškovou směs mikro a nano částic na bázi skla s prvním aditivem a nosného polymeru, pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitní vrstvy El.l pro elektrolyt El.
| Kapalná disperze pro vrstvu El.l elektrolytu E | Nosný polymer pro daný zásobník 5$ hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
Každá kapalná disperze v % hmota, pro jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje nosný polymer a práškovou směs mikro a nanočástic na bázi skla, jejíchž šumaje 100 % hmota.
-48 CZ 309795 B6
Tabulka 17 Rychlosti výtoku kapalné disperze ze zásobníků 1 až 7 do trysek elektrického zvlákňovače pro tvorbu vláken kompozitní vrstvy El.l pro elektrolyt El
| Číslo zásobníku pro vrstvu El.l | Rychlost výtoku kapalné disperze [mlh h |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,47 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | O1,05 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,86 |
| 7 | 0,05 |
3.6.3 Vytváření aktivní hmoty pro kompozitní vrstvu Al. 1 anody Al - 1 vrstva
Tabulka 18 Míchání směsí mikro a nanoprášů na bázi skla s prvními aditivy pro zásobníky 1 až 7 pro přípravu kompozitní vrstvy Al.l pro anodu AI.
| Práíkové směsi pro vrstvy Al.l anody A | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | Sklo GFIC % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | — | - | 95 | 4 | 1 |
| Směs pro zásobník 2 | — | - | 83 | 14 | 3 |
| Směs pro zásobník 3 | — | - | 79 | 15 | 6 |
| Směs pro zásobník 4 | — | - | 73 | 20 | 7 |
| Směs pro zásobník 5 | - | — | 85 | 14 | 1 |
| Směs pro zásobník 6 | - | - | 93 | 5 | 2 |
| Směs pro zásobník 7 | 97 | 1 | 2 |
Každá jednotlivá prášková směs pro daný zásobník obsahuje dané sklo a vhodné první aditivum, jejíž šumaje 100 % hmota.
Tabulka 19 Kapalné polymerní směsi pro přípravu směsi nosných polymerů pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitní vrstvy Al.l pro anodu AI
| Sloieni směsi nosných polymerů pro přípravu vrstvy Al.l anody A | TEOS % mol. | PVP % mol. | Ethanal % mol. | H;0 % mol. | Disper %obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
Každá polymerní směs pro každý jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje 4 složky v % mol., jejíž šumaje 100 % mol., z důvodů jasného poměru mezi počtem molekul TEOS, PVC, etaanolu a vody. Každá jednotlivá směs obsahuje ještě navíc dispergant v takovém množství, že je použita
-49CZ 309795 B6 polymerní směs tvořící 99,9 % obj. a ktomu množství 0,1 % obj. dispergantu. Objemová % se používají pro odměření a dávkování v % obj. pomocí odměrných nádob pro daný zásobník.
Tabulka 20 Složení kapalné disperze, obsahující práškovou směs mikro a nano částic na bázi skla s prvním aditivem a nosného polymeru, pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitní vrstvy Al.l pro anod AI
| Kapalná disperze pro vrstvu Al.l anody A | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
Každá kapalná disperze pro jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje nosnou polymerní směs a práškovou směs mikro a nanočástic skelného kompozitu, jejichž šumaje 100 % hmota.
Tabulka 21 Rychlosti výtoku kapalné disperze ze zásobníků 1 až 7 do trysek elektrického zvlákňovače pro tvorbu vláken kompozitní vrstvy Al.l pro anodu AI
| Číslo zásobníku pro vrstvu Al.l | Rychlost výtoku kapalné disperze [mlh'] |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,77 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,81 |
| 7 | 0,05 |
3.7 Sekundární bateriový 2-vrstvý článek B2
3.7.1 Vytváření aktivní hmoty pro kompozitní vrstvy K2.1 a K2.2 katody K2 - 2 vrstvy
-50CZ 309795 B6
Tabulka 22 Míchání směsí mikro a nanoprášků na bázi skla s prvními aditivy pro zásobníky 1 až 7 pro přípravu kompozitních vrstev K2.1 a K2.2 pro katodu K2
| Práškové směsi pro vrstvu K2.1 | Sklo GFIC % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GMCK % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Smés pro zásobník 1 | 4 | 1 | 95 | - | — |
| Směs pro zásobník 2 | 14 | 3 | 83 | - | — |
| Směs pro zásobník 3 | 15 | 4 | 81 | - | — |
| Směs pro zásobník 4 | 20 | 5 | 75 | - | — |
| Směs pro zásobník 5 | 4 | 1 | 95 | - | — |
| Směs pro zásobník 6 | 5 | 2 | 93 | - | - |
| Smés pro zásobník 7 | 1 | 0 | 99 | - | - |
| Práškové směsi pro vrstvu K2.2 | SkFo GFIC % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GMCA% hmot. | Sklo GMCA % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | 4 | 1 | 95 | — | — |
| Směs pro zásobník 2 | 14 | 3 | 83 | — | — |
| Směs pro zásobník 3 | 15 | 4 | 81 | - | |
| Směs pro zásobník 4 | 20 | 5 | 75 | - | — |
| Směs pro zásobník 5 | 4 | 1 | 95 | - | - |
| Směs pro zásobník 6 | 5 | 2 | 93 | - | - |
| Směs pro zásobník 7 | - | - | 99 | 1 | 0 |
Každá jednotlivá prášková směs mikro a nanočástic pro daný zásobník obsahuje dané sklo a vhodné první aditivum v % hmota., jejichž šumaje 100 % hmota.
Tabulka 23 Kapalné polymerní směsi pro přípravu nosných polymerů pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitních-vrstev K2.1 a K2.2 pro katodu K2
| Složení směsi nosných polymerů pro přípravu vrstvy K2.1 katody K2 | TEOS % mol. | PVP % mol. | Ethanol % mol. | H20 % mol. | Disper % obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymer pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
| Složení směsi nosných polymerů | TEOS | PVP | Ethanol | HjO | Disper |
| pro přípravu vrstvy K2.2 katody K2 | % mol. | % mol. | 96 mol. | % mol. | % obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní smés pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
Každá kapalná polymerní směs pro každý jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje 4 složky v % mol., jejichž suma je 100 % mol. z důvodů jasného poměru mezi počtem molekul TEOS, PVC,
-51 CZ 309795 B6 etaanolu a vody. Každá tato jednotlivá směs obsahuje také dispergant v takovém množství, že je použita polymerní směs tvořící 99,9 % obj. a k tomu množství 0,1 % obj. disperganta. Objemová % se používají pro odměření a dávkování v % obj. pomocí odměrných nádob pro daný zásobník.
Tabulka 24 Složení kapalné disperze, obsahující práškovou směs mikro a nano částic na bázi skla s prvním aditivem a nosného polymeru, pro zásobníky 1 až 7 použité k úpravě kompozitních vrstev K2.1 a K2.2 pro katodu K2.
| Kapalná disperze pro vrstvu K2-1 katody K2 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 ! |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
| Kapalná disperze pro vrstvu K2.2 katody K2 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 i |
Každá kapalná disperze pro jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje v % hmota, nosnou polymerní směs a práškovou směs mikro a nanočástic, jejichž šumaje 100 % hmota.
-52CZ 309795 B6
Tabulka 25 Rychlosti výtoku kapalné disperze ze zásobníků 1 až 7 do trysek elektrického zvlákňovače pro tvorbu vláken kompozitních vrstev K2.1 a K2.2 pro katodu K2
| Číslo zásobníku pro vrstvu K2 1 | Rychlost výtoku kapalné disperze [ml.h') |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,09 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,88 |
| 7 | 0,05 |
| Číslo zásobníku pro vrstvu K2.2 | Rychlost výtoku kapalné disperze [mlh1) |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,23 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,81 |
| 7 | 0,05 |
3.7.2 Vytváření aktivní hmoty kompozitních vrstev E2.1 a E2.2 elektrolytu E2 - 2 vrstvy
Tabulka 26 Míchání směsí mikro a nanoprášků na bázi skla s prvními aditivy pro zásobníky 1 až 7 pro přípravu kompozitních vrstev E2.1 a E2.2 pro elektrolyt E2
| Práškové směsi pro vrstvu E2.1 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GFIC % hmot. | 5klo GMCA % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | 4 | 1 | 95 | - | — |
| Směs pro zásobník 2 | 14 | 3 | 83 | - | |
| Směs pro zásobník 3 | 15 | 4 | 81 | - | — |
| Směs pro zásobník 4 | 20 | 5 | 75 | - | - |
| Směs pro zásobník 5 | 4 | 1 | 95 | - | — |
| Směs pro zásobník 6 | 5 | 2 | 93 | - | - |
| Směs pro zásobník 7 | 1 | 0 | 99 | - | - |
| Práškové směsi pro vrstvu E2.2 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GFIC % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | - | - | 95 | 4 | 1 |
| Směs pro zásobník 2 | - | - | 83 | 14 | 3 |
| Směs pro zásobník 3 | - | - | 81 | 15 | 4 |
| Směs pro zásobník 4 | - | - | 75 | 20 | 5 |
| Směs pro zásobník S | - | - | 95 | 4 | 1 |
| Směs pro zásobník 6 | - | - | 93 | 5 | 2 |
| Směs pro zásobník 7 | - | - | 99 | 1 | 0 |
Každá jednotlivá prášková směs mikro a nanočástic skelného kompozitu pro daný zásobník 5 obsahuje dané sklo a vhodné první aditivum v % hmota., jejichž šumaje 100 % hmota.
-53 CZ 309795 B6
Tabulka 27 Kapalné polymerní směsi pro přípravu nosných polymerů pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitních vrstev E2.1 a E2.2 pro elektrolyt E2
| Složení směsí nosných polymerů pro přípravu vrstvy E2.1 elektrolytu E2 | TEOS % mol. | PVP %mol. | Ethanol % mol. | HjO % mol. | Disper % obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
| Složení směsi nosných polymerů pro přípravu vrstvy E2.2 elektrolytu E2 | TEOS % mol. | PVP % mol. | Ethanol % mol. | H;0 % mol. | Disper %obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
Každá polymerní směs pro každý jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje 4 složky v % mol., jejichž šumaje 100 % mol., z důvodů jasného poměru mezi počtem molekul TEOS, PVC, ethanolu a vody. Každá jednotlivá směs obsahuje ještě navíc dispergant v takovém množství, že je použita 10 polymerní směs tvořící 99,9 % obj. a ktomu množství 0,1 % obj. dispergantu. Objemová % se používají pro odměření a dávkování v % obj. pomocí odměrných nádob pro daný zásobník.
Tabulka 28 Složení kapalné disperze, obsahující práškovou směs mikro a nano částic na bázi skla s prvním aditivem a nosného polymeru, pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě 15 kompozitních vrstev E2.1 a E2.2 pro elektrolyt E2
| Kapalná disperze pro vrstvu E2.1 elektrolytu E2 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 4D | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
| Kapalná disperze pro vrstvu E2.2 elektrolytu E2 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
-54CZ 309795 B6
Každá kapalná disperze pro jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje nosný polymer a práškovou směs mikro a nanočástic kompozitu, jejichž šumaje 100 % hmota.
Tabulka 29 Rychlosti výtoku kapalné disperze ze zásobníků 1 až 7 do trysek elektrického 5 zvlákňovače pro tvorbu vláken kompozitních vrstev E2.1 a E2.2 pro elektrolyt E2
| čisto zásobníku pro vrstvu E2.1 | Rychlost výtoku kapalné disperze [mlh1] |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,61 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,8 |
| 7 | 0,05 |
| Číslo zásobníku pro vrstvu E2.2 | Rychlost výtoku kapalné disperze [mih1] |
| 1 | 0.75 |
| 2 | 1.68 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0.8 |
| 7 | 0,05 |
3.7.3 Vytváření aktivní hmoty pro kompozitní vrstvy A2.1 a A2.2 anody A2 - 2 vrstvy
Tabulka 30 Míchání směsí mikro a nanoprášků na bázi skla s prvními aditivy pro zásobníky 1 až 7 pro přípravu kompozitních vrstev A2.1 a A2.2 pro anodu A2
| Práškové smési pro vrstvu A2.1 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | Sklo GFIC % hmot. | První Ad itivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | 4 | 1 | 95 | - | |
| Směs pro zásobník 2 | 14 | 3 | 83 | - | — |
| Směs pro zásobník 3 | 15 | 4 | 81 | - | |
| Směs pro zásobník 4 | 20 | 5 | 75 | —· | |
| Směs pro zásobník 5 | 4 | 1 | 95 | - | — |
| Směs pro zásobník 6 | 5 | 2 | 93 | - | - |
| Směs pro zásobník 7 | 1 | 0 | 99 | — | — |
| Práškové směsi pro vrstvu A2.2 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | Sklo GFIC % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | 4 | 1 | 95 | - | - |
| Směs pro zásobník 2 | 14 | 3 | 83 | — | - |
| Směs pro zásobník 3 | 15 | 4 | 81 | - | - |
| Směs pro zásobník 4 | 20 | 5 | 75 | - | - |
| Směs pro zásobník 5 | 4 | 1 | 95 | — | — |
| Směs pro zásobník 6 | 5 | 2 | 93 | - | |
| Směs pro zásobník 7 | - | - | 99 | 1 | 0 |
Každá jednotlivá prášková směs mikro a nanočástic skleného kompozita pro daný zásobník obsahuje dané sklo a vhodné první aditivum v % hmota., jejichž šumaje 100 % hmota.
-55 CZ 309795 B6
Tabulka 31 Kapalné polymerní směsi pro přípravu nosných polymerů pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitních vrstev A2.1 a A2.2 pro anodu A2
| Složení směsi nosných polymerů pro přípravu vrstvy A21 anody A2 | TEOS % mol | PVP % mol. | Ethanol % mol. | H:O % mol. | Dísper %obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | n 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0.61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
| Složení směsi nosných polymerů pro přípravu vrstvy A2.2 anody A2 | TEOS % mol | PVP % mol | Ethanol %mol | H;0 % mol. | Disper %obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
Polymerní směs pro každý jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje 4 složky v % mol., jejichž suma je 100 % mol., z důvodů jasného poměru mezi počtem molekul TEOS, PVC, ethanolu a vody. Každá jednotlivá směs obsahuje ještě navíc dispergant v takovém množství, že je použita polymerní směs tvořící 99,9 % obj. a ktomu množství 0,1 % obj. dispergantu. Objemová % se 10 používají pro odměření a dávkování v % obj. pomocí odměrných nádob pro daný zásobník.
Tabulka 32 Složení kapalné disperze, obsahující práškovou směs mikro a nano částic na bázi skla s prvním aditivem a nosného polymeru, pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitních vrstev A2.1 a A2.2 pro anodu A2
| Kapalná disperze pro vrstvu A2.1 anody A2 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pra zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
| Kapalná disperze pro vrstvu A2.2 anody A2 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot- |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
-56CZ 309795 B6
Každá kapalná disperze pro jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje nosnou polymerní směs a práškovou směs mikro a nanočástic kompozitu, jejichž šumaje 100 % hmota.
Tabulka 33 Rychlosti výtoku kapalné disperze ze zásobníků 1 až 7 do trysek elektrického 5 zvlákňovače pro tvorbu vláken kompozitních vrstev A2.1 a A2.2 pro anodu A2
| Číslo zásobníku pro vrstvu A2.1 | Rychlost výtoku kapalné disperze [ml.h1] |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,98 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,81 |
| 1 | 0,05 |
| číslo zásobníku pro vrstvu A2 2 | Rychlost výtoku kapalné disperze [ml.h '1 |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,33 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,81 |
| 7 | 0,05 |
3.8 Sekundární bateriový 3-vrstvý článek B3
3.8.1 Vytváření aktivní hmoty pro kompozitní vrstvy K3.1, K3.2 a K3.3 katody K3 - 3 vrstvy
-57CZ 309795 B6
Tabulka 34 Míchání směsí mikro a nanoprášků na bázi skla s prvními aditivy pro zásobníky 1 až 7 pro přípravu kompozitních vrstev K3.1, K3.2 a K3.3 pro katodu K3
| Práškové směsi pro vrstvu K3.1 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GFIC % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | 95 | 1 | 4 | — | - |
| Směs pro zásobník 2 | 83 | 3 | 14 | - | - |
| Směs pro zásobník 3 | 81 | 4 | 15 | — | - |
| Směs pro zásobník 4 | 75 | 5 | 20 | — | - |
| Směs pro zásobník 5 | 95 | 1 | 4 | — | - |
| Směs pro zásobník 6 | 93 | 2 | 5 | - | - |
| Směs pro zásobník 7 | 99 | 0 | 1 | ||
| Práškové směsi pro vrstvu K3.2 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GFIC% hmot. | Sklo GMCA % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | 54 | 1 | 45 | ||
| Směs pro zásobník 2 | 64 | 3 | 33 | — | |
| Směs pro zásobník 3 | 65 | 4 | 31 | — | — |
| Směs pro zásobník 4 | 70 | 5 | 25 | — | — |
| Směs pro zásobník S | 54 | 1 | 45 | — | — |
| Směs pro zásobník 6 | 55 | 2 | 43 | — | — |
| Směs pro zásobník 7 | 51 | 0 | 49 | — | — |
| Práškové směsi pro vrstvu K3.3 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GFIC %hmot, | Sklo GMCA % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | 4 | 1 | 95 | — | — |
| Směs pro zásobník 2 | 14 | 3 | 83 | — | — |
| Směs pro zásobník 3 | 15 | 4 | 81 | — | |
| Směs pro zásobník 4 | 20 | 5 | 75 | — | - |
| Směs pro zásobník 5 | 4 | 1 | 95 | — | - |
| Směs pro zásobník 6 | 5 | 2 | 93 | —* | |
| Směs pro zásobník 7 | 1 | 0 | 99 | - | - |
Každá jednotlivá prášková mikro a nanočástic kompozitu směs pro daný zásobník obsahuje dané sklo a vhodné první aditivum v % hmotn., jejichž šumaje 100 % hmotn.
-58 CZ 309795 B6
Tabulka 35 Kapalné polymerní směsi pro přípravu nosných polymerů pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitních vrstev K3.1, K3.2 a K3.3 pro katodu K3
| Složení směsi nosných polymerů pro přípravu vrstvy K3.1 katody K3 | TEDS % mob | PVP % mol. | Ethanol % mol | H2O % mol. | Disper %obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | o,l |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
| Složení směsí nosných polymerů pro přípravu vrstvy K3.2 katody K3 | TEOS % mol. | PVP % mol. | Ethanol % mol. | H2O % mol. | Disper % obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
| Složeni směsi nosných polymerů pro přípravu vrstvy K33 katody K3 | TEOS % mol. | PVP % mol. | Ethanol % mol. | H2O % mol. | Disper % obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
Každá polymerní směs pro každý jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje 4 složky v % mol., jejichž šumaje 100 % mol., z důvodů jasného poměru mezi počtem molekul TEOS, PVC, ethanolu a vody. Každá jednotlivá směs obsahuje ještě navíc dispergant v takovém množství, že je použita polymerní směs tvořící 99,9 % obj. a ktomu množství 0,1 % ob. dispergantu. Objemová % se 10 používají pro odměření a dávkování v % obj. pomocí odměrných nádob pro daný zásobník.
-59CZ 309795 B6
Tabulka 36 Složení kapalné disperze, obsahující práškovou směs- mikro a nano částic na bázi skla s prvním aditivem a nosného polymeru, pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitních vrstev K3.1, K3.2 a K3.3 pro katodu K3
| Kapalná disperze pro vrstvu K3.1 katody K3 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | Γ 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
| Kapalná disperze pro vrstvu K3.2 katody K3 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
| Kapalná disperze pro vrstvu K33 katody K3 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10· |
Každá kapalná disperze pro jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje nosnou polymerní směs a práškovou směs mikro a nanočástic skelného kompozitu, jejichž šumaje 100 % hmota.
-60CZ 309795 B6
Tabulka 37 Rychlosti výtoku kapalné disperze ze zásobníků 1 až 7 do trysek elektrického zvlákňovače pro tvorbu vláken kompozitních vrstev K3.1, K3.2 a K3.3 pro katodu K3
| Číslo zásobníku pro vrstvu Κ3Λ | Rychlost výtoku kapalné disperze [mlh1] |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,00 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | O',01 |
| 6 | 0,80 |
| 7 | 0,05 |
| Číslo zásobníku pro vrstvu K3.2 | Rychlost výtoku kapalné disperze [ml.h 4J |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,00 |
| 3 | 01,05 |
| 4 | 0'06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,80 |
| 7 | 0,05 |
| Číslo zásobníku pro vrstvu K3.3 | Rychlost výtoku kapalné disperze Iml.h1] |
| 1 | 0,75 |
| 1 2 | 1 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,8 |
| 7 | 0,05 |
3.8.2 Vytváření aktivní hmoty pro kompozitní vrstvy E3.1, E3.2 a E3.3 elektrolytu E3 - 3 vrstvy
-61 CZ 309795 B6
Tabulka 38 Míchání směsí mikro a nanoprášků na bázi skla s prvními aditivy pro zásobníky 1 až 7 pro přípravu kompozitních vrstev E3.1, E3.2 a E3.3 pro elektrolyt E3
| Práškové směsi pro vrstvu E3-1 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GFIC % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | 4 | 1 | 95 | — | - |
| Směs pro zásobník 2 | 14 | 3 | 83 | — | — |
| Směs pro zásobník 3 | 15 | 4 | 81 | — | — |
| Směs pro zásobník 4 | 20 | 5 | 75 | — | |
| Směs pro zásobník 5 | 4 | 1 | 95 | — | - |
| Směs pro zásobník 6 | 5 | 2 | 93 | - | - |
| Směs pro zásobník 7 | 1 | 0 | 99 | — | = |
| Práškové směsi pro vrstvu E3.2 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1E % hmot | Skic GFIC % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | První Aditivum AI A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | — | - | 100 | — | — |
| Směs pro zásobník 2 | - | - | 100 | — | - |
| Směs pro zásobník 3 | - | — | 100 | — | — |
| Směs pro zásobník 4 | - | 0,2 | 99,8 | — | — |
| Směs pro zásobník S | — | — | 100 | — | - |
| Směs pro zásobník 6 | - | — | 100 | — | — |
| Směs pro zásobník 7 | - | — | 100 | — | |
| Práškové směsi pro vrstvu E3.3 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GFIC % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | - | — | 95 | 4 | 1 |
| Směs pro zásobník 2 | - | — | 83 | 14 | 3 |
| Směs pro zásobník 3 | - | — | 81 | 15 | 4 |
| Směs pro zásobník 4 | — | — | 75 | 20 | 5 ' |
| Směs pro zásobník 5 | - | — | 95 | 4 | 1 |
| Směs pro zásobník 6 | - | — | 93 | 5 | 2 |
| Směs pro zásobník 7 | - | - | 99 | 1 | 0 |
Každá jednotlivá prášková směs pro daný zásobník obsahuje dané sklo práškové směs mikro a nanočástic kompozitu a vhodné první aditivum v % hmota., jejichž šumaje 100 % hmota.
-62CZ 309795 B6
Tabulka 39 Kapalné polymerní směsi pro přípravu nosných polymerů pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitních vrstev E3.1, E3.2 a E3.3 pro elektrolyt E3
| Složení směsí nosných polymeru pro přípravu vrstvy E3.1 katody E3 | TEOS % mol. | PVP % mol. | Ethanol % mol. | H20 % mol. | Disper %obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
| Složení směsi nosných polymerů | TEOS | PVP | Ethanol | HjO | Disper |
| pro přípravu vrstvy E32 katody E3 | % mol. | % mol. | % mol. | % mol. | % obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro Zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymení směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
| Složení směsi nosných polymerů | TEOS | PVP | Ethanol | HjO | Disper |
| pro přípravu vrstvy E3.3 katody E3 | % mol. | % mol | % mol. | % mol. | % obj. |
| Pollymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymer ní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 04 |
Kapalná polymerní směs pro každý zásobník 1 až 7 obsahuje 4 složky v % mol., jejichž šumaje 100 % mol. z důvodů jasného poměru mezi počtem molekul TEOS, PVC, ethanolu a vody. Každá tato směs obsahuje také dispergant v takovém množství, že je použita polymerní směs tvořící 99,9 % obj. a ktomu množství 0,1 % obj. dispergantu. Objemová % se používají pro 10 odměření a dávkování v % obj. pomocí odměrných nádob pro daný zásobník.
-63 CZ 309795 B6
Tabulka 40 Složení kapalné disperze, obsahující práškovou směs mikro a nano částic na bázi skla s prvním aditivem a nosného polymeru, pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitních vrstev E3.1, E3.2 a E3.3 pro katodu E3
| Kapalná disperze pro vrstvu E3.1 elektrolytu E3 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
| Kapalná disperze pro vrstvu E3.2 elektrolytu E3 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
| Kapalná disperze pro vrstvu E3.3 elektrolytu E3 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
Každá kapalná disperze pro jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje nosnou polymerní směs a práškovou směs mikro a nanočástic kompozitu, jejichž šumaje 100 % hmota.
-64CZ 309795 B6
Tabulka 41 Rychlosti výtoku kapalné disperze ze zásobníků 1 až 7 do trysek elektrického zvlákňovače pro tvorbu vláken kompozitní ch vrstev E3.1, E3.2 a E3.3 pro elektrolyt E3
| Číslo zásobníku pro vrstvu 3.1 | Rychlost výtoku kapalné disperze [ml h L] |
| 1 | 0,75 |
| 1 2 | 1,00 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,80 |
| 7 | 0,05 |
| Číslo zásobníku pro vrstvu E3 2 | Rychlost výtoku kapalné disperze [ml.h-1) |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,00 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,80 |
| 7 | 0,05 |
| Číslo zásobníku pro vrstvu E33 | Rychlost výtoku kapalné disperze (ml.h1] |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,8 |
| 7 | 0,05 |
3.8.3 Vytváření aktivní hmoty pro kompozitní vrstvy A3.1, A3.2 a A3.3 anody A3 - 3 vrstvy
-65 CZ 309795 B6
Tabulka 42 Míchání směsí mikro a nanoprášků na bázi skla s prvními aditivy pro zásobníky 1 až 7 pro přípravu kompozitních vrstev A3.1, A3.2 a A3.3 pro anodu A3
| Práškové směsi pro vrstvu A3.1 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | Sklo GFIC % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | — | - | 95 | 4 | 1 |
| Směs pro zásobník 2 | - | - | 83 | 14 | 3 |
| Směs pro zásobník 3 | — | - | 81 | 15 | 4 |
| Směs pra zásobník 4 | — | - | 75 | 20 | 5 |
| Směs pro zásobník 5 | — | — | 95 | 4 | 1 |
| Směs pro zásobník 6 | — | - | Γ 93 | 5 | 2 |
| Směs pro zásobník 7 | - | 97 | 1 | 2 | |
| Práškové směsi pro vrstvu A3.2 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GMCA % hmot. | Sklo GFIC % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | — | - | 55 | 41 | 1 |
| Směs pra zásobník 2 | — | — | 43 | 43 | 3 |
| Směs pro zásobník 3 | 41 | 44 | 4 | ||
| Směs pra zásobník 4 | — | - | 35 | 45 | 5 |
| Směs pro zásobník 5 | — | - | 55 | 41 | 1 |
| Směs pro zásobník 6 | — | 53 | 42 | 2 | |
| Směs pro zásobník 7 | - | - | 57 | 40 | 2 |
| Práškové směsi pro vrstvu A3.3 | Sklo GMCK % hmot. | První Aditivum A1K % hmot. | Sklo GMCA% hmot. | Sklo GFIC % hmot. | První Aditivum A1A % hmot. |
| Směs pro zásobník 1 | — | - | 4 | 95 | 1 |
| Směs pro zásobník 2 | — | - | 14 | 83 | 3 |
| Směs pro zásobník 3 | — | — | 15 | 81 | 4 |
| Směs pro zásobník 4 | — | - | 20 | 75 | 5 |
| Směs pra zásobník 5 | — | - | 4 | 95 | 1 |
| Směs pro zásobník 6 | — | - | 5 | 93 | 2 |
| Směs pra zásobník 7 | - | — | 1 | 97 | 2 |
Každá jednotlivá prášková směs pro daný zásobník obsahuje dané sklo v práškové směsi mikro a nanočástic skelného kompozitu a vhodné první aditivum, jejichž šumaje 100 % hmota.
-66CZ 309795 B6
Tabulka 43 Kapalné polymerní směsi pro přípravu nosných polymerů pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitních vrstev A3.1, A3.2 a A3.3 pro anodu A3
| Složení směsi nosných polymerů pro přípravu vrstvy A3.1 anody A3 | TEOS % mol. | PVP % mol. | Ethanol % mol. | H;O % mol. | Disper % obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8.49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
| Složení směsi nosných polymerů pro přípravu vrstvy K32 katody K3 | TEOS % mol. | PVP % mol. | Ethanol % mol. | HiO % mol. | Disper %obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8,49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
| Složení směsi nosných polymerů pro přípravu vrstvy K3.3 katody K3 | TEOS % mol. | PVP % mol, | Ethanol % mol. | H;O % mol. | Disper % obj. |
| Polymerní směs pro zásobník 1 | 10,37 | 0,03 | 68,85 | 20,75 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 2 | 4,25 | 0,04 | 87,22 | 8.49 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 3 | 1,89 | 0,05 | 94,28 | 3,78 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 4 | 0,08 | 0,05 | 99,70 | 0,17 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 5 | 0,30 | 0,05 | 99,04 | 0,61 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 6 | 0,40 | 0,05 | 98,74 | 0,81 | 0,1 |
| Polymerní směs pro zásobník 7 | 0,01 | 0,05 | 99,92 | 0,02 | 0,1 |
Každá kapalná polymerní směs pro každý zásobník 1 až 7 obsahuje 4 složky v % mol., jejichž šumaje 100 % mol. z důvodů jasného poměru mezi počtem molekul TEOS, PVC, ethanolu a vody. Každá jednotlivá směs obsahuje ještě navíc dispergant v takovém množství, kde je použita polymerní směs tvořící 99,9 % obj. a k tomu množství 0,1 % obj. dispergantu. Objemová 10 % se používají pro odměření a dávkování v % obj. pomocí odměrných nádob pro daný zásobník.
-67CZ 309795 B6
Tabulka 44 Složení kapalné disperze, obsahující práškovou směs mikro a nano částic na bázi skla s prvním aditivem a nosného m polymeru, pro zásobníky 1 až 7 použité k přípravě kompozitních vrstev A3.1, A3.2 a A3.3 pro anodu A3
| Kapalná disperze pro vrstvu A3.1 anody A3 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
| Kapalná disperze pro vrstvu A3.2 anody A3 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 3S |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90' | 10 |
| Kapalná disperze pro vrstvu A3.3 anody A3 | Nosný polymer pro daný zásobník % hmot. | Prášková směs pro daný zásobník % hmot. |
| Disperze pro zásobník 1 | 59 | 41 |
| Disperze pro zásobník 2 | 60 | 40 |
| Disperze pro zásobník 3 | 62 | 38 |
| Disperze pro zásobník 4 | 40 | 60 |
| Disperze pro zásobník 5 | 70 | 30 |
| Disperze pro zásobník 6 | 68 | 32 |
| Disperze pro zásobník 7 | 90 | 10 |
Každá kapalná disperze pro jednotlivý zásobník 1 až 7 obsahuje nosný polymer a práškovou směs mikro a nanočástic skelného kompozitu, jejichž šumaje 100 % hmota.
-68 CZ 309795 B6
Tabulka 45 Rychlosti výtoku kapalné disperze ze zásobníků 1 až 7 do trysek elektrického zvlákňovače pro tvorbu vláken vrstev A3.1, A3.2 a A3.3 pro anodu A3
| Číslo zásobníku pro vrstvu A3.1 | Rychlost výtoku kapalné disperze (ml.h1] |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,13 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,89 |
| 7 | 0,05 |
| Číslo zásobníku pro vrstvu A3.2 | Rychlost výtoku kapalné disperze [ml.h'1] |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,00 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,80 |
| 7 | 0,05 |
| Číslo zásobníku pro vrstvu A3.3 | Rychlost výtoku kapalné disperze (ml.h1] |
| 1 | 0,75 |
| 2 | 1,10 |
| 3 | 0,05 |
| 4 | 0,06 |
| 5 | 0,01 |
| 6 | 0,87 |
| 7 | 0,05 |
3.9 Podrobnější popis sestavení bateriového článku B (Obrázek 2.7, 5.1., 5.2)
Na obrázku 2.7 jsou znázorněny chronologicky technologické kroky pro sestavení bateriových článků Bl; B2; B3. Příprava 701 jednotlivých katod Kl; K2; K3, elektrolytu El; E2; E3 a anody Al; A2; A3. Následuje přiložení 701 a těchto elektrod k elektrolytu, poté přiložení 702 kolektoru KK k těmto katodám a kolektoru KA k těmto anodám.
Poté následuje jejich lisování 703 do sestavy sekundárního bateriového článku B, majícího na krajních plochám připojené kolektory KK a KA s připojenými kovovými přívody na obou stranách sekundárního bateriového článku B. Tato sestava pro sekundární bateriový článek B je na závěr vakuově a vzduchotěsně zatavena zatavením 704 do plastového obalu a je tak dokončena finalizace 705 a je vytvořen kompletní výrobek sekundárního bateriového článku B hotový sekundární bateriový článek je vyobrazen na obrázku 5.1 a 5.2.
-69CZ 309795 B6
V případě bateriového článku B1 je pro katodu K1 použita předem vytvořená vrstva K1.1, pro elektrolyt E1 vrstva E1.1 a pro anodu A1 vrstva A1.1. Následně je vytvořena sestava vrstev článku B1, kdy se mezi vrstvu K1.1 a A1.1 vloží vrstva E1.1 a dále je na vrstvu K1.1 přiložen kolektor KK katody K a na vrstvu A1.1 kolektor KA. V dalším kroku jsou uvedené vrstvy a kolektory běžným způsobem slisovány k sobě a vloženy do plastového obalu, ve kterém jsou vakuově zataveny do formy vzduchotěsné kapsy s dvěma vystupujícími kontakty. V konečném kroku je plastový obal oříznut do finální podoby a bateriový článek B1 je označen identifikačním nápisem.
V případě bateriového článku B2 jsou pro katodu K2 použity předem vytvořené vrstvy K2.1a K2.2, pro elektrolyt E2 vrstvy E2.1 a E2.2 a pro anodu A2 vrstvy A2.1 a A2.2. Následně je vytvořena sestava vrstev článku B2, kdy se na sebe položí vrstvy K2.1 a K2.2 pro katodu K2, na ně se vloží postupně vrstvy E2.1 a E2.2 elektrolytu E2 a dále vrstvy A2.1 a A2.2 anody A2 Následně je na vrstvu K2.1 přiložen kolektor KK katody K a na vrstvu A2.2 anody A kolektor KA. V dalším kroku jsou uvedené vrstvy a kolektory běžným způsobem slisovány k sobě a vloženy do plastového obalu, ve kterém jsou vakuově zataveny do formy vzduchotěsné kapsy s dvěma vystupujícími kontakty. V konečném krokuje plastový obal oříznut do finální podoby a sekundární bateriový článek B2 je označen identifikačním nápisem.
V případě bateriového článku B3 jsou pro katodu K3 použity předem vytvořené vrstvy K3.1, K3.2 a K3.3, pro elektrolyt E3 vrstvy E3.1, E3.2 a E3.3 a pro anodu A3 vrstvy A3.1, A3.2, A3.3. Následně je vytvořena sestava vrstev článku B3, kdy se na sebe položí vrstvy K3.1, K3.2 a K3.3 pro katodu K3, na ně se vloží postupně vrstvy E3.1, E3.2 a E3.3 pro elektrolyt E3 a dále vrstvy A3.1, A3.2 a A3.3 pro anodu A3. Následně je na vrstvu K3.1 přiložen kolektor KK katody K3 a na vrstvu A3.3 kolektor KA anody A3. V dalším kroku jsou uvedené vrstvy a kolektory běžným způsobem slisovány k sobě a vloženy do plastového obalu, ve kterém jsou vakuově zataveny do formy vzduchotěsné kapsy s dvěma vystupujícími kontakty. V konečném kroku je plastový obal oříznut do finální podoby a sekundární bateriový článek B3 je označen identifikačním nápisem.
3.10 Charakteristika a vlastnosti sekundárního bateriového článku
Obrázek 3.1 schematicky zobrazuje procesy nabíjení a vybíjení probíhající v sekundárním bateriovém článku B2. Zde jsou iontovými nosiči náboje kationty Li+, ale v principu velmi podobné děje budou probíhat v případě, že iontovými nosiči náboje jsou kationty Na+. Při nabíjení článku B2 jsou jeho kolektory KK a KA připojeny přívodními kontakty 20 a 40 na vnější zdroj elektrické energie tak, že elektrony vystupují z katody K přes kolektor KK a na druhé straně článku vstupují přes kolektor KA do anody A. Tím je způsobeno, že během nabíjení se kationty Li+ pohybují směrem zleva doprava, tj. vystupují z funkčně gradientní kompozitní katodové hmoty katody K a migrují skrz kompozitní funkčně gradientní hmotu elektrolytu E až se usadí v anodové hmotě anody A. Tento děj probíhá obvykle tak dlouho, dokud nedojde k nabití bateriového článku na jeho celkovou kapacitu, charakterizovanou maximálním dosažitelným napětím Uocv = 4,3 V. Při vybíjení jsou kolektory KK, KA článku B2 připojeny kontakty 20, 40 ke spotřebiči elektrické energie tak, že elektrony vstupují přes kolektor KK do katody K a na druhé straně vystupují z anody A přes kolektor KA. Tím je způsobeno, že během vybíjení se kationty Li+ pohybují směrem zprava do leva, tj. vystupují z kompozitní funkčně gradientní anodové hmoty anody A a migrují skrz kompozitní funkčně gradientní hmotu elektrolytu E až se usadí v kompozitní funkčně gradientní katodové hmotě katody K. Tento děj probíhá obvykle tak dlouho, dokud neklesne napětí článku typicky pod hodnotu U = 3,0 V.
Na obrázku 3.2 je křivka zobrazující časový průběh nabíjení sekundárního bateriového článku B1 jako závislost napětí na čase konstantním proudem 10 mA. Počáteční rychlý nárůst napětí, kdy napětí 5,5 V bylo dosaženo za 15 min svědčí o vysoké mobilitě iontových nosičů náboje a rychlé elektrodové reakci.
- 70 CZ 309795 B6
O vysoké stabilitě elektrodových hmot i elektrolytu E svědčí dlouhodobé testování funkčnosti sekundárního bateriového článku Bl je zachyceno na obrázku 3.3, který zachycuje křivky cyklického nabíjení a vybíjení. Bylo provedeno 100 cyklů nabití/vybití a křivky ukazují průběhy proudu na čase během cyklů nabití/vybití. Křivky mají velmi podobný průběh, který svědčí o dlouhodobé stabilitě použitých fůnkčně-gradientních vrstev v tomto sekundárním bateriovém článku B1.
Závislost impedance sekundárního bateriového článku B2 na frekvenci střídavého elektrického poleje uvedena na obrázku 3.4, který zobrazuje závislost imaginární složky impedance na reálné složce impedance. Z tvaru křivky jejího průsečíku s reálnou osou při vysokých frekvencích elektrického pole lze říci, že tento sekundární bateriový článek Bl má nízký vnitřní odpor a je vhodný pro konstrukci bateriových zdrojů s vysokým výkonem.
Obrázek 4.1 zobrazuje jednoduchou vrstvu skelných nanovláken skla GMCK-Li o středním poloměru r = 450 nm pro vrstvu Kl.l katody K1 článku BL Snímek byl pořízen optickým mikroskopem Nikon ve zvětšení 75· 104x.
Obrázek 4.2 zobrazuje jednoduchou vrstvu skelných nanovláken skla GFIC-Li o středním poloměru r = 400 nm pro vrstvu ELI elektrolytu El článku BL Snímek byl pořízen optickým mikroskopem Nikon ve zvětšení 75· 104x.
Obrázek 4.3 je SEM snímkem skelných nanovláken pro GFIC-Li o středním poloměru r = 300 nm. Snímek byl pořízen elektronovým mikroskopem Tescan při zvětšení 7· 106x.
Obrázek 4.4 zobrazuje jednoduchou vrstvu skelných nanovláken skla GMCA-Li o středním poloměru r = 500 nm pro vrstvu Al.l anody AI článku BL Snímek byl pořízen optickým mikroskopem Nikon ve zvětšení 75· 104x.
Obrázek 5.1 vlevo a obrázek 5.2 vpravo schematicky zachycují připravený sekundární bateriový článek Bl ve tvaru ploché kapsičky „pouch cell“, např. o rozměru 60x90x4 mm, který je zataven v plastové fólii. Na obrázku 5.1 je sekundární bateriový článek Bl znázorněn ze strany katody K, a je na něm vidět plocha 10 koncového elektronově vodivého proudového hliníkového kolektoru KK s přívodním kontaktem 20 a také je vidět na protilehlé straně situovaný přívodní kontakt 40 proudového měděného kolektoru KA. Na obrázku 5.2 je sekundární bateriový článek Bl znázorněn ze strany anody A, a je na něm vidět plocha 30 koncového elektronově vodivého proudového měděného kolektoru KA s přívodním kontaktem 40 a též je viditelný spodní na protilehlé straně přívodní kontakt 20 proudového hliníkového kolektoru KK.
Tabulka 46
Elektrické charakteristiky příkladných provedení sestav sekundárního bateriového článku Bl, B2 a B3
| Bl | B2 | B3 | |
| Napětí svorkové OCV [V] | 3,7 | 3,9 | 4,1 |
| Gravimetrická hustota energie [Wh kg4] | 248 | 290 | 370 |
| Volumetrická hustota energie [Wh l1 | 588 | 632 | 754 |
| Výkonová hustota [W kg1] | 610 | 680 | 789 |
V tabulce 46 jsou uvedeny vybrané elektrické vlastnosti sekundárního bateriového článku Bl, B2 a B3 s ionty Li+. Příslušné elektrodové hmoty a elektrolytu jsou tvořeny fůnkčně-71 CZ 309795 B6 gradientními kompozitními vrstvami pro katodu K, elektrolyt E a anodu A, jejichž složení bylo vhodně optimalizováno prvními aditivy A1K, A1E a A1A a druhými aditivy A2K, A2E, A2A. Tyto optimalizované kompozitní vrstvy pro katodu K, elektrolyt E a anodu A ve vzájemné kombinaci zajišťují vysoké hodnoty hustoty energie a výkonu a jsou proto vhodné pro 5 konstrukci vysokokapacitních baterií.
Průmyslová využitelnost
Sekundární bateriový článek B je určen pro elektromobily.
Claims (10)
1. Sekundární bateriový článek (B) pro elektromobily na bázi anorganického skla, obsahující amorfní skelné materiály a mikro a nanomateriály, a který zahrnuje koncové kovové elektronově vodivé proudové kolektory (KK, KA), mezi nimiž jsou uspořádány elektronově a iontově vodivé elektrody, katoda (K) a anoda (A), které jsou odděleny iontově vodivým elektrolytem (E), přitom katoda, elektrolyt a anoda obsahují vícesložkové pevné amorfní sklo, a to lithné nebo sodné vícesložkové sklo, a to · vícesložkové sklo GMCK, Gloss Mixed Conductor for Cathode pro katodu (K) a GMCA , Glass Mixed Conductor for Anode pro anodu (A) na bázi oxidů, se smíšenou vodivostí iontovou a elektronovou, kde měrná iontová vodivost je při 25 °C nejméně 10-4 S.m-1 a měrná elektronová vodivost je při 25 °C nejméně 10-6 S.m-1 a · vícesložkové sklo GFIC, Glass Fast Ion Conductor na bázi oxidů a halogenidů pro elektrolyt (E), s vysokou iontovou vodivostí a velmi nízkou vodivostí elektronovou, kde iontová vodivost je při 25 °C nejméně 10-3 S.m-1 a elektronová vodivost při 25 °C je minimálně o 3 řády nižší než jeho měrná iontová vodivost, a odpovídá hodnotě maximálně 10-6 S.m-1, přitom sklo GMC katody (K) s příměsí skla GFIC elektrolytu (E) je v katodě (K) situováno v blízkosti kolektoru (KK) a na straně přivrácené tomuto kolektoru (KK), sklo GMCA anody (A) s příměsí skla GFIC elektrolytu (E) je v anodě (A) situováno v blízkosti kolektoru (KA) a na straně přivrácené tomuto kolektoru (KA) a sklo GFIC elektrolytu s příměsí skla GMCK; GMCA obou elektrod je situováno bezprostředně v nebo v blízkosti elektrolytu (E), přičemž bateriový článek (B) obsahuje pevné amorfní vícesložkové sklo a mikro a nanovlákna a mikro a nanočástice o středním průměru v rozmezí 1 nm až 100 pm, vyznačující se tím, že sekundární bateriový článek (B, B1, B2, B3) obsahuje nejméně jednu kompozitní vrstvu (K1.1; K2.1, K2.2; K3.1, K3.2, K3.3) katody (K; K1; K2; K3), kompozitní vrstvu (E1.1; E2.1, E2.2; E3.1, E3.2, E3.3) elektrolytu (E; E1; E2; E3) a kompozitní vrstvu (A1.1; A2.1, A2.2; A3.1, A3.2, A3.3) anody (A; A1; A2; A3), a tyto kompozitní vrstvy jsou ve směsi na bázi mikro a nanovláken a mikro a nanočástic skel GMCK; GMCA; GFIC, s prvními aditivy (A1K; A1E; A1A) na povrchu mikro a nanočástic skel GMCK; GMCA; GFIC; uvnitř mikro a nanovláken z těchto mikro a nanočástic skel GMCK; GMCA; GFIC a vně mikro a nanovláken na povrchu mikro a nanočástic, a s druhými aditivy (A2K; A2E; A2A) na povrchu mikro a nanovláken z mikro a nanočástic skel GMCK; GMCA; GFIC, a vně těchto vláken na povrchu mikro a nanočástic skel GMCK; GMCA; GFIC, kde každá tato kompozitní vrstva obsahuje
0,1 až 10,0 % obj. prvního aditiva (A1K; A1E; A1A) pro zvýšení elektrochemické oxidačněredukční aktivity těchto kompozitních vrstev a pro zvýšení elektronové vodivosti a efektivity přenosu elektrického náboje a rychlosti oxidačně redukčních reakcí,
- 73 CZ 309795 B6
0,1 až 10,0 % obj. druhého aditiva (A2K; A2E; A2A) pro zvýšení adheze těchto kompozitních vrstev, a
80 až 99,8 % obj. zvoleného skla GMCK; GFIC; GMCA, přičemž každá tato kompozitní vrstva katody (K; K1; K2; K3), elektrolytu (E; E1; E2; E3) a anody (A; A1; A2; A3) vykazuje pozvolnou změnu funkčně-gradientní koncentrace nepohyblivých složek kompozitních vrstev ve směru od katody (K) k anodě (A) v závislosti na vzdálenosti mezi kolektorem (KK) katody (K) a protilehlým kolektorem (KA) anody (A) a v obráceném směru, a pohyblivou složkou v těchto sklech GMCK; GMCA; GFIC je kation lithný Li+ nebo kation sodný Na+.
2. Sekundární bateriový článek pro elektromobily podle nároku 1, vyznačující se tím, že kompozitní vrstvy (K1.1; K2.1, K2.2; K3.1, K3.2, K3.3) katody (K; K1; K2; K3), kompozitní vrstvy (E1.1; E2.1, E2.2; E3.1, E3.2, E3.3) elektrolytu (E; E1; E2; E3) a kompozitní vrstvy (A1.1; A2.1, A2.2; A3.1, A3.2, A3.3) anody (A; A1; A2; A3) jsou uspořádány vzájemně paralelně a těsně za sebou, přičemž tyto kompozitní vrstvy katody (K) a anody (A) vykazují větší tloušťku Wk; Wa než je tloušťka We vrstev elektrolytu (E), přičemž s výhodou jednotlivé vrstvy katody (K) a anody (A) mají tloušťku Wk; Wa v rozmezí 0,9 až 2,8 mm a jednotlivé vrstvy elektrolytu (E) mají tloušťku We v rozmezí 0,1 až 0,4 mm.
3. Sekundární bateriový článek pro elektromobily podle nároku 1, vyznačující se tím, že je plochý, jeho celková výška h je 90 mm, celková délka I je 60 mm a celková tloušťka w je 6 mm, přitom jeho celková hmotnost je v rozmezí 33 až 38 g.
4. Sekundární bateriový článek pro elektromobily podle některého z předchozích nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že prvním aditivem (A1K) pro každou kompozitní vrstvu katody (K), prvním aditivem (A1E) pro každou kompozitní vrstvu elektrolytu (E) a prvním aditivem (A1A) pro každou kompozitní vrstvu anody (A), je krystalické aditivum ze skupiny zahrnující kovovou měď Cu, kovové železo Fe, kovový křemík Si, kovový nikl Ni a kovový hliník Al, kovový Mn, kovový Co, kovový V, kovový Mo, kovový W, jejich amorfní slitiny jako kovová skla nebo jejich oxidy, karbid křemíku SiC, chlorid lithný LiCl, chlorid sodný NaCl, a prvky Mn, Fe, Co, Ni, V, Mo, W, O ve formě sloučenin tvořících pevné roztoky se strukturou spinelu.
5. Sekundární bateriový článek pro elektromobily podle některého z předchozích nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že druhým aditivem (A2K) pro každou kompozitní vrstvu katody (K), druhým aditivem (A2E) pro každou kompozitní vrstvu elektrolytu (E) a druhým aditivem (A2A) pro každou kompozitní vrstvu anody (A),
- 74 CZ 309795 B6 je alespoň jedna sloučenina ze skupiny zahrnující LÍPO3, NaPO3, LÍ3BO3, Na3BO3, AI2O3, přičemž druhé aditivum představuje krystalické nebo skelné částice.
6. Způsob výroby sekundárního bateriového článku pro elektromobily, obsahujícího amorfní skelné materiály a mikro a nanomateriály, podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že způsob obsahuje tři základní způsobové kroky, kde:
· v prvním způsobovém kroku se připraví pružné anorganické kompozitní vrstvy s funkčně- gradientní koncentrací pro katodu (K), elektrolyt (E) a anodu (A), jež obsahují směs mikro a nanovlákna, a mikro a nanočástice na bázi amorfních skel GMCK, GFIC, GMCA, první aditiva (A1) a druhá aditiva (A2) · ve druhém způsobovém kroku se připraví vrstevnaté katody (K), vrstevnaté elektrolyty (E) a vrstevnaté anody (A) slisováním (402) těchto kompozitních vrstev;
· ve třetím způsobovém kroku se sestaví sekundární bateriový článek (B) z vrstevnaté katody (K), vrstevnatého elektrolytu (E) a vrstevnaté anody (A), včetně připojení (702) kolektorů (KK; KA) a následného vakuového zatavení (704) bateriového článku (B) do plastového obalu.
7. Způsob výroby sekundárního bateriového článku pro elektromobily podle nároku 6, vyznačující se tím, že první způsobový krok zahrnuje přípravu jednotlivých kompozitních vrstev katody (K), elektrolytu (E) a anody (A), obsahující následující technologické kroky, řazené chronologicky:
· příprava (101; 201; 301) chemického složení lithného nebo sodného vícesložkového skla GMCK; GFIC; GMCA a příprava chemického složení prvních aditiv (A1K; A1E, A1A);
· příprava (102, 202, 302) sklářských kmenů pro zvolená skla GMCK; GFIC; GMCA, a příprava surovin pro zvolená první aditiva (A1K; A1E; A1A) pro získání výsledné kompozitní vrstvy s obsahem 0, 1 až 10 % obj. těchto prvních aditiv;
· tavení (103, 203, 303) lithného nebo sodného vícesložkového skla GMCK pro katodu (K); vícesložkového skla GFIC pro elektrolyt (E); a vícesložkového skla GMCA pro anodu (A), bez prvních aditiv při teplotě v rozmezí 300 až 1500 °C v závislosti na typu skel;
· chlazení (104,204, 304) utavených skel GMCK; GFIC; GMCA v řízené atmosféře nebo na vzduchu pro dosažení potřebné oxidační nebo redukční atmosféry;
· drcení (105, 205, 305) vychlazených skel GMCK; GFIC; GMCA na skelné střepy a skelné částice/skelný prášek o velikosti řádově milimetrů až mikrometrů;
· přidání (106, 206, 306) k těmto skelným střepům skla GMCK; GFIC; GMCA na 80 až 99,8 % obj. zvoleného skla GMCK; GFIC; GMCA,
0,1 až 10 % obj. prvních aditiv (A1, A1E, A1K) ve formě sloučenin, tvořících pevné roztoky se strukturou spinelu;
· smíchání (106a, 206a, 306a) příslušných skel GMCK; GFIC; GMCA a odpovídajících prvních aditiv (A1; A1K; A1E) do směsí pro danou kompozitní vrstvu;
· mletí (107, 207, 307) takto získané směsi skel GMCK; GFIC; GMCA
- 75 CZ 309795 B6 s odpovídajícími prvními aditivy (A1K; A1E; A1A) na prášky skelných a/nebo krystalických částic ve formě mikro a nanočástic o středním průměru od 1 nm do 100 pm;
· zamíchání (108, 208, 308) těchto získaných práškových směsí mikro a nanočástic do kapalné směsi nosných polymerů pro zlepšení zvlákňování k získání kapalných disperzních směsí;
· dávkování (109, 209, 309) těchto disperzních kapalných směsí do nejméně jednoho zásobníku zvlákňovacího zařízení-elektrospineru, · elektrostatické zvlákňování (110, 210, 310) a tažení mikro a nanovláken z disperzních kapalných směsí ve zvlákňovacím zařízení, v němž probíhá řízené zvlákňování na mikro a nanovlákna a mikro a nanočástice částice o středním průměru od 1 nm do 100 pm při získání funkčně-gradientní koncentrace na základě složení směsí a rychlostí toku směsi do zvlákňovacího zařízení;
· tepelné zpracování (111, 211, 311) získaných mikro a nanovláken při teplotě 200 až 1200 °C včetně jejich zchlazení na okolní teplotu;
· exfoliace (112, 212, 312) pro zvětšení povrchu získaných mikro a nanovláken a pro zvýšení adheze pro následné lisování do kompozitních vrstev;
· příprava a nanášení (113, 213, 313), sprejování, namáčení nebo natírání druhými aditivy (A2K, A2E, A2A) v množství 0,1 až 10 % obj., a to na 80 až 99,8 % obj. zvoleného skla GMCK; GFIC; GMCA a na 0,1 až 10 % obj. prvních aditiv A1, A1E, A1K, kde tato druhá aditiva se nanáší na povrch mikro a nanovláken, a mikro a nanočástic s odpovídajícími prvními aditivy (A1K; A1E; A1A) na povrchu;
· lisování (114, 214, 314) takto získaného kompozitu do kompozitních vrstvy mikro / nanovláken a mikro a nanočástic pro katodu (K) nebo elektrolyt (E) nebo pro anodu (A);
· tepelné zpracování (115, 215, 315) kompozitní vrstvy včetně chlazení získané kompozitní vrstvy při teplotě 100 až 500 °C;
· získání (116, 216, 316) hotové vrstevnaté kompozitní vrstvy s funkčně-gradientní koncentrací pro vytvoření sestavy katody (K), elektrolytu (E) a anody (A) sekundárního bateriového článku (B).
8. Způsob výroby sekundárního bateriového článku pro elektromobily podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že druhý způsobový krok představuje přípravu katody (K), elektrolytu (E ) a anody (A) a zahrnuje následující technologické kroky, řazené chronologicky:
· příprava (401, 501, 601) počtu volitelných kompozitních vrstev pro katodu (K) pro elektrolyt (E) a pro anodu (A);
· slisování (402, 502, 602) zvoleného počtu kompozitních vrstev pro katodu (K), pro elektrolyt (E) a pro anodu (A);
- 76 CZ 309795 B6 · finální získání (403, 503, 603) kompozitních vrstev pro vrstevnatou katodu (K), pro vrstevnatý elektrolyt (E) a pro vrstevnatou anodu (A).
9. Způsob výroby sekundárního bateriového článku pro elektromobily podle nároku 6 nebo 7 nebo 8, vyznačující se tím, že třetí způsobový krok představuje sestavení bateriového článku (B) a zahrnuje následující technologické kroky, řazené chronologicky:
· příprava (701) hotové vrstevnaté katody (K), hotové vrstevnatého elektrolytu (E) a hotové vrstevnaté anody (A);
· přiložení (701a) elektrod, katody (K) a anody (A), k elektrolytu (E) · přiložení (702) kolektoru (KK) ke katodě (K) a kolektoru (KA) k anodě (A);
· lisování (703) do finálního sekundárního bateriového článku (B) bez vnějšího obalu;
· vakuové zatavení (704) získané slisované sestavy do plastového obalu;
· finalizace a získání (705) sekundárního bateriového článku B.
10. Způsob výroby sekundárního bateriového článku pro elektromobily podle nároku 7, vyznačující se tím, že směs nosného polymeru obsahuje směs TEOS, PVP, ethanolu a vodu, a to
TEOS v množství 0,01 až 10,37 % mol.,
PVP v množství 0,03 až 0,05 % mol., ethanol v množství 68,85 až 99, 92 % mol. a vodu v množství 0,02 až 20,75 % mol.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-599A CZ309795B6 (cs) | 2020-11-04 | 2020-11-04 | Sekundární bateriový článek pro elektromobily, obsahující amorfní skelné materiály a mikro a nano materiály a způsob jeho výroby |
| EP20829790.3A EP4082054A1 (en) | 2019-11-05 | 2020-11-05 | Secondary battery cell for electromobiles, cointaining amorphous glass materials and micro- and nano materials, and method of its production |
| PCT/CZ2020/000047 WO2021089066A1 (en) | 2019-11-05 | 2020-11-05 | Secondary battery cell for electromobiles, cointaining amorphous glass materials and micro- and nano materials, and method of its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-599A CZ309795B6 (cs) | 2020-11-04 | 2020-11-04 | Sekundární bateriový článek pro elektromobily, obsahující amorfní skelné materiály a mikro a nano materiály a způsob jeho výroby |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2020599A3 CZ2020599A3 (cs) | 2022-05-11 |
| CZ309795B6 true CZ309795B6 (cs) | 2023-10-18 |
Family
ID=81453242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020-599A CZ309795B6 (cs) | 2019-11-05 | 2020-11-04 | Sekundární bateriový článek pro elektromobily, obsahující amorfní skelné materiály a mikro a nano materiály a způsob jeho výroby |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309795B6 (cs) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019129316A1 (en) * | 2017-12-29 | 2019-07-04 | Skoda Auto A.S. | Secondary battery cell for electromobiles, containing solid amorphous glass materials and nano/micro materials |
| WO2019208347A1 (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 富士フイルム株式会社 | 固体電解質含有シート、全固体二次電池用電極シート、全固体二次電池、電子機器及び電気自動車、並びに、これらの製造方法 |
-
2020
- 2020-11-04 CZ CZ2020-599A patent/CZ309795B6/cs unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019129316A1 (en) * | 2017-12-29 | 2019-07-04 | Skoda Auto A.S. | Secondary battery cell for electromobiles, containing solid amorphous glass materials and nano/micro materials |
| WO2019208347A1 (ja) * | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 富士フイルム株式会社 | 固体電解質含有シート、全固体二次電池用電極シート、全固体二次電池、電子機器及び電気自動車、並びに、これらの製造方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| LA MONACA, Andrea, et al. Electrospun ceramic nanofibers as 1D solid electrolytes for lithium batteries. Electrochemistry Communications, 2019, 104: 106483; ISSN 1388-2481; Available online 19 June 2019 * |
| Sulfide and oxide inorganic solid electrolytes for all-solid-state Li batteries: A Review. Nanomaterials, 2020, 10(8); 1606; ISSN 2079-4991; Published: 15 August 2020 * |
| WANG, Ling, et al. One-dimensional nanomaterials toward electrochemical sodium-ion storage applications via electrospinning. Energy Storage Materials, 2020, 25: 443-476; ISSN 2405-8297; Available online 27 September 2019 * |
| XIA, Shuixin, et al. Practical challenges and future perspectives of all-solid-state lithium-metal batteries. Chem, 2019, 5.4: 753-785; ISSN 2451-9294; 11 April 2019 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2020599A3 (cs) | 2022-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2717364B1 (en) | Use of a positive electrode material for a sulfide-based solid electrolyte battery and sulfide-based solid electrolyte battery with such positive electrode material | |
| US11362366B2 (en) | Secondary battery composite electrolyte, secondary battery, and battery pack | |
| KR101702213B1 (ko) | 활물질 분체 및 그 제조 방법 | |
| KR102193422B1 (ko) | 다중층 구조로 전-고체-상태 배터리를 제조하는 방법 | |
| JP5281896B2 (ja) | 全固体電池用の固体電解質構造体、全固体電池、及びこれらの製造方法 | |
| JP5741685B2 (ja) | 電極活物質の製造方法 | |
| JP5907654B2 (ja) | バッテリ電極用の材料、これを含有したバッテリ電極、ならびにこれらの電極を具備したバッテリ、およびバッテリ電極用の材料の調製方法 | |
| CN105813981A (zh) | 改进的锂金属氧化物阴极材料及其制备方法 | |
| WO2006018921A1 (ja) | 有機電解質電池およびこれに用いられる正極シートの製造方法 | |
| JP6265773B2 (ja) | 全固体二次電池 | |
| JP7056598B2 (ja) | 負極層および全固体電池 | |
| US11329316B2 (en) | Secondary battery composite electrolyte, secondary battery, and battery pack | |
| JPWO2018225494A1 (ja) | 全固体ナトリウムイオン二次電池 | |
| JP2014026809A (ja) | 繊維状酸化物固体電解質及び全固体電池並びにこれらの製造方法 | |
| WO2019003846A1 (ja) | 全固体ナトリウムイオン二次電池 | |
| US20210066757A1 (en) | Bipolar all-solid-state sodium ion secondary battery | |
| KR20230005327A (ko) | 분리기와 다공성 전극으로 구성된 조립체를 제조하기 위한 방법, 분리기와 다공성 전극으로 구성된 조립체, 이러한 조립체를 포함하는 마이크로배터리 | |
| CZ309338B6 (cs) | Sekundární bateriový článek pro elektromobily, obsahující pevné amorfní skelné materiály a nano/mikro materiály | |
| CN110400903A (zh) | 电极和使用该电极的电池 | |
| CZ309795B6 (cs) | Sekundární bateriový článek pro elektromobily, obsahující amorfní skelné materiály a mikro a nano materiály a způsob jeho výroby | |
| KR20230081962A (ko) | 적층 구조체 박막, 이를 포함하는 전기화학 전지 및 이의 제조방법 | |
| JP2020098710A (ja) | 固体電解質層及び全固体電池 | |
| KR20220114539A (ko) | 리튬 금속 복합 산화물, 리튬 이차 전지용 정극 활물질, 리튬 이차 전지용 정극 및 리튬 이차 전지 | |
| EP4082054A1 (en) | Secondary battery cell for electromobiles, cointaining amorphous glass materials and micro- and nano materials, and method of its production | |
| JP2012256486A (ja) | 固体電池 |