Přilnavost povlaků elektrod
Baterie se staly neodmyslitelnou součástí našeho každodenního života. Najdeme je v elektromobilech, chytrých telefonech nebo třeba solárních bateriích. Jak ale zajistit, aby tyto zdroje energie fungovaly spolehlivě, dlouhodobě a bezpečně? Často podceňovanou, přesto ale klíčovou roli zde hraje přilnavost povlaků elektrod.
Proč je přilnavost tak důležitá?
U lithium-iontových baterií, dnes nejrozšířenějšího typu baterií, jsou elektrody tvořeny aktivními materiály nanesenými na kovové fólie (měď pro anodu, hliník pro katodu). Tyto vrstvy musí pevně a trvale přilnout, protože při nabíjení a vybíjení jsou vystaveny mechanickému namáhání: materiály se roztahují, smršťují a zároveň podléhají tepelnému zatížení.
Nedostatečná přilnavost může vést k odlepení povlaku, což má za následek snížení výkonu, pokles kapacity nebo v nejhorším případě vznik zkratu. Zkoušky přilnavosti tak zajišťují nejen kvalitu, ale zároveň pomáhají předcházet potenciálním bezpečnostním rizikům.
Jak se testuje přilnavost?
V praxi se osvědčily dvě metody:
1. Zkouška odlupováním:
Při této metodě se na povlak nalepí lepicí páska a odtrhne se pod definovaným úhlem (obvykle 90° nebo 180°). Síla potřebná k odtržení ukazuje, jak pevně povlak přilne. Tato metoda je jednoduchá a rychlá, ale může být ovlivněna operátorem.
2.
Zkouška tahem ve směru Z:
Zde se lepicí páska odtrhne kolmo k povrchu, tzv. ve směru Z. Tato metoda je reprodukovatelnější, méně citlivá na úhel odtržení a je zvláště vhodná pro výzkum a kontrolu kvality. Moderní přístroje umožňují dokonce současné testování více vzorků.
Obě metody mají své opodstatnění a výrobci často kombinují jejich použití pro co nejpřesnější hodnocení přilnavosti.
Co ovlivňuje výsledky zkoušky?
Jak to často bývá, ďábel se skrývá v detailech. I malé odchylky při přípravě vzorků mohou výrazně zkreslit výsledky:
- Čistota a vyrovnání: Zbytky nečistot nebo nerovnoměrné přilnutí povlaku mohou ovlivnit přesnost měření.
- Kvalita pásky: Rozdíly v tloušťce, složení nebo přilnavosti lepicí pásky mohou ovlivnit naměřené hodnoty.
- Podmínky prostředí: Výsledky ovlivňují také mimo jiné také teplota a vlhkost. Zkoušky by proto měly probíhat za co nejkonstantnějších podmínek – v některých případech dokonce v ochranné atmosféře.
Úskalí v praxi
Hlavním úskalím je, že pro zkoušky adheze u baterií dosud neexistují jednotné normy. Zatímco u jiných aplikací, například u zkoušení lepidel, se lze opřít o zavedené standardy, v oblasti bateriových technologií často chybí závazné směrnice. Výsledkem je, že jednotliví výrobci používají rozdílné metody, což výrazně komplikuje srovnatelnost výsledků.
Další výzvou je i samotná příprava vzorků. Možnosti automatizace, které například standardizují vyrovnání vzorků, mohou výrazně přispět k vyšší opakovatelnosti měření – zejména při testování velkých sérií.
Nové technologie, nové požadavky
S rozvojem bateriových technologií rostou také nároky na přilnavost:
- Polovodičové baterie: Absence kapalného elektrolytu mění rozložení sil uvnitř článku. Proto je zde klíčové mimořádně stabilní spojení mezi jednotlivými vrstvami.
- Křemíkové anody: Při nabíjení mohou zvětšit svůj objem až o 300 %, což pro povlaky představuje extrémní zátěž. Nedostatečná přilnavost může vést k delaminaci, a tím k selhání článku.
Zkoušky přilnavosti už ve fázi vývoje umožňují tyto problémy odhalit a odstranit dříve, než se projeví v reálném provozu.
Cesta ke standardizaci
Dokud nebudou existovat mezinárodní normy, záleží na výrobcích, zda si vytvoří vlastní interní standardy a nastaví stabilní procesy. Mezi ně patří:
- Jednotná příprava vzorků,
- Používání identických lepicích materiálů,
- Zkoušky v kontrolovaných podmínkách prostředí.
V současnosti mnoho firem i výrobců zkušebních zařízení spolupracuje na vývoji spolehlivých zkušebních protokolů – krok, který směřuje k větší srovnatelnosti výsledků a k zajištění kvality napříč celým odvětvím.
Závěr: Drobné měření, velký význam
Na první pohled může měření přilnavosti povlaků elektrod působit jen jako malý detail, avšak ve skutečnosti zásadně ovlivňuje bezpečnost, účinnost i životnost moderních baterií.
S inovacemi v oblasti chemického složení či konstrukce článků se role této zkoušky stává stále důležitější. Pokrok ve zkušební technice – od tahových zkoušek v ose Z až po kombinaci mechanických, tepelných a elektrických měření – umožňuje získat komplexnější obraz o chování elektrod v reálných podmínkách.
Ukazuje se, že kontrola přilnavosti má přímý vliv na výkon a životnost baterie. Dnes i v budoucnu.
VÍCE INFORMACÍ O AUTOROVI:
Manažer rozvoje obchodu v oblasti elektromobility a v automobilovém průmyslu
Napadají vás nějaké další otázky?
Aleksander Koprivc působí u společnosti ZwickRoell na různých mezinárodních manažerských pozicích už více než 20 let. Po studiu strojního inženýrství v německém Karlsruhe, kde získal titul B.Eng. v oboru mechatronika, a po absolvování MBA v oblasti mezinárodního managementu, začal svou kariéru jako aplikační inženýr v Německu a Francii. U ZwickRoell odpovídal za vedení prodeje ve Francii a Španělsku a zároveň zastával pozici generálního ředitele obou dceřiných společností. V současné době pracuje jako manažer rozvoje v oblasti elektrifikace automobilů. V předchozích letech zastával pozici manažera pro automobilový průmysl.