מכונת ניקוב דיסק יכול לייצר ביעילות דיסקיות עגולות של אלקטרודות סוללה ומפרידים, והוא מתאים למחקר ופיתוח של סוללות מטבע שונות. באמצעות לימוד בקרת הדיוק, תאימות החומרים ונוחות התפעול שלו, מאומתת יכולת ההסתגלות של ציוד זה בתרחישים כגון הכנת דגימות בקבוצות קטנות במעבדות סוללות וטיפול מקדים בדגימות TEM, ומספק הפניות טכניות לבחירת ציוד עיבוד מדויק בתחום מחקר ופיתוח סוללות.
1. מבוא
בתהליך המחקר והפיתוח של התקני אחסון אנרגיה חדשים כגון סוללות ליתיום-יון וסוללות מצב מוצק, הדיוק הממדי של אלקטרודות ומפרידים משפיע ישירות על יעילות ההרכבה, הביצועים האלקטרוכימיים והבטיחות של הסוללות. בשל המבנה הקומפקטי שלהם, צריכת הדגימות הנמוכה והבדיקה הנוחה שלהם, תאי מטבע הפכו לנשא המרכזי להערכת ביצועי חומר הסוללה וללימוד תגובות ממשק. עם זאת, עיבוד דיסקיות עגולות של אלקטרודות ומפרידים עבור תאי מטבע דורש עמידה בדרישות הטכניות של דדהה ללא קוצים, ללא שקעים ועקביות ממדית גבוהה". שיטות מסורתיות כגון חיתוך מספריים ועיבוד ציוד הטבעה רגיל נוטות לגרום נזק לקצוות החומר וסטייה ממדית מוגזמת, מה שבתורו מוביל לבעיות כגון קצר חשמלי בסוללה ודהיית קיבולת.
2. תכנון מבני ויתרונות טכניים של מחוררים מדויקים
2.1 תכנון מבני ליבה
התכנון המבני שלמחוררים מדויקיםסובב סביב שלוש דרישות ליבה: דיוק, ניידות ועמידות. הם מאמצים מסילות הזזה איכותיות עם מיסבים כדוריים במקום מסילות הזזה מסורתיות, מה שיכול להפחית סטייה רוחבית במהלך תהליך הניקוב, להבטיח ששגיאת הקואקסיאליות בין הניקוב לתבנית תישאר ברמה נמוכה, ובכך להבטיח את העקביות הממדית של הדיסקים העגולים המנוקבים מנקודת מבט מבנית. יחד עם זאת, החלקות של מסילות ההזזה מפחיתה את ההתנגדות של פעולה ידנית, משפרת את היציבות של ניקוב בודד, ומונעת קמטים בחומר או נזק לקצה הנגרם כתוצאה מהפעלת כוח לא אחידה.
הגוף עשוי מחומרים עמידים לחלוטין בפני קורוזיה, הכוללים הגנה מפני חלודה קבועה. האלקטרוליטים וריאגנטים לניקוי הנפוצים במעבדות סוללות עלולים לגרום לקורוזיה בציוד מתכת. עם זאת, הגוף עמיד בפני קורוזיה יכול למנוע התרופפות מבנית של הציוד ופגיעה בדיוק עקב קורוזיה כימית, להאריך את חיי הציוד, ובמקביל להבטיח שהדגימות המעובדות לא יזוהמו על ידי זיהומי חלודה מהגוף.
הציוד מצויד בממשק שבבי סטנדרטי, התומך בהחלפה מהירה של שבבים מותאמים אישית בטווח מסוים. מיקום השבב והניקוב מאמץ עיצוב מסוג דדההפין-חוֹר מתאים. בעת החלפת השבב, אין צורך בכיול נוסף, והמעבר מניקוב אלקטרודות לניקוב הפרדה יכול להתבצע במהירות, ובכך עונה על הדרישה להכנה מהירה של דגימות מרובות מפרטים במעבדה.
2.2 ניתוח יתרונות טכניים
בהשוואה לציוד מסורתי לעיבוד דיסקיות סוללה, למכונות ניקוב מדויקות יש יתרונות טכניים משמעותיים. מבחינת יכולת עיבוד מדויקת, קצוות הדיסקיות המעגליות המנוקבות על ידי הציוד נקיים מקורצפים ושקעים, וסבילות המימד נשלטת בטווח קטן. עבור אלקטרודות סוללה, קוצים בקצוות עלולים לחדור את המפריד ולגרום לקצר חשמלי, וסבילות מימדית מוגזמת תשפיע על אפקט הרטבת האלקטרוליט. יכולת העיבוד המדויקת של ציוד זה יכולה למנוע ביעילות סיכונים אלה.
מבחינת תאימות חומרים, ניתן להתאים את הציוד לרדידים מתכתיים דקים ומפרידים בעוביים שונים. למערכות סוללות שונות יש הבדלים משמעותיים בדרישות עובי החומר, וטווח ההתאמה הרחב לעובי של ציוד זה יכול לכסות את צרכי העיבוד של מערכות סוללות מיינסטרים.
הציוד קטן בגודלו וקל במשקל, שייך לציוד מעבדה מיניאטורי, וניתן להכניסו לתא כפפות להפעלה דרך תא מעבר בקוטר מסוים. במחקר ופיתוח סוללות, חומרים רגישים מסוימים צריכים לעבור עיבוד באטמוספרת גז אינרטי. יכולת ההתאמה של תיבת הכפפות של הציוד מאפשרת עיבוד באתר של חומרים רגישים, מה שמבטיח את היציבות הכימית של הדגימות.
בנוסף, הציוד מאמץ מצב פעולה של לחיצה ידנית, ללא צורך באספקת חשמל חיצונית או באוויר דחוס, ותהליך ההפעלה פשוט. אפילו חוקרים ללא ניסיון מקצועי בתפעול ציוד יכולים לשלוט בו ביעילות לאחר הכשרה קצרה. ניתן למקם את המבנה הקומפקטי שלו ישירות בחללים צרים כמו קולטי אדים במעבדה ופלטפורמות הפעלה של תאי כפפות, מבלי לתפוס מקום נוסף.
3.תרחישי יישום של מחוררים מדויקים במחקר ופיתוח סוללות
3.1 הכנה סטנדרטית של תאי מטבע
מבנה סוללת המטבע מורכב מ: דדהה - מארז אלקטרודה שלילית - אלקטרודה שלילית - מפריד - אלקטרודה חיובית - שים - מארז אלקטרודה חיובית. לדגמים שונים של סוללות מטבע יש דרישות ברורות לגדלים של אלקטרודות ומפרידים. דיסקיות האלקטרודה המעגליות המעובדות על ידי מחורר מדויק יכולות ליצור פער הרכבה סביר עם מארזי האלקטרודות החיוביות והשליליות של דגמים שונים של סוללות מטבע, מה שלא רק מונע מגע ישיר בין האלקטרודה למארז, אלא גם מבטיח שהאלקטרוליט יוכל להרטיב את חומר האלקטרודה במלואו. במקביל, דיסקיות ההפרדה המעגליות המעובדות יכולות לכסות לחלוטין את האלקטרודות החיוביות והשליליות, ובכך לחסום ביעילות את ההולכה האלקטרונית בין האלקטרודות החיוביות והשליליות ולמנוע קצר חשמלי בסוללה.
3.2 הערכת ביצועי חומרי הסוללה
במחקר ופיתוח של חומרי סוללות, בדיקות הביצועים האלקטרוכימיות של חומרים צריכות להתבסס על אלקטרודות בעלות גדלים עקביים. אחרת, קשה להבחין האם הבדל הביצועים נגרם על ידי החומר עצמו או משגיאות עיבוד. יכולת העיבוד הדיוק הגבוהה של המחורר המדויק יכולה לממש שליטה מדויקת בטעינת החומר הפעיל. טעינת החומר הפעיל של האלקטרודה קשורה לשטח האלקטרודה. לדיסקים המעגליים של האלקטרודה המעובדים על ידי הציוד יש סטייה ממדית קטנה, התואמת לסטיית שטח קטנה, וניתן לשלוט בשגיאת חישוב הטעינה בטווח נמוך, שהוא נמוך בהרבה מזה של שיטת החיתוך המסורתית, מה שמבטיח את דיוק חישוב הקיבולת הספציפית לחומר.
במחקר ההשוואתי של ביצועי המפריד, יש להעריך בעקיפין את ביצועי המפריד, כגון חדירות אוויר וחוזק מכני, באמצעות בדיקת תאי כפתור, ועקביות הממדים של המפריד משפיעה ישירות על חזרתיות תוצאות הבדיקה. דיסקיות המעגליות של המפריד המעובדות על ידי מחורר המדויק יכולות להבטיח שהשטח ומצב הקצה של המפריד יהיו עקביים בכל בדיקה, ובכך לשפר את יכולת ההשוואה של נתוני הניסוי.
4. אמצעי זהירות לשימוש בציוד ותחזוקה
4.1 אמצעי זהירות לשימוש
בעת השימוש בציוד, יש לשלוט בקפדנות בעובי החומר, ויש להקפיד על טווח עובי הניקוב שצוין על ידי הציוד. עבור יריעות מתכת שחורגות ממגבלת העובי העליונה, ניקוב בכפייה עלול לגרום לעיוות הניקוב ולנזק למשבצת; עבור מפרידים דקים מדי, יש להניח שכבה דקה של נייר מתחת לחומר כדי למנוע מהמפריד להידבק לניקוב לאחר הניקוב.
בעת שימוש בציוד בתוך תא הכפפות, יש להכניסו לאט לתא הכפפות דרך תא המעבר כדי למנוע סטייה של מסילת ההחלקה הנגרמת כתוצאה מהתנגשות הציוד בדופן הפנימית של תא הכפפות. יחד עם זאת, אווירת הגז האינרטי בתוך תא הכפפות עלולה להפחית את יכולת הסיכה של מסילות ההחלקה של הציוד. ניתן למרוח כמות קטנה של גריז ואקום באופן קבוע על מסילות ההחלקה כדי לשמור עליהן חלקות.
לאחר כל שימוש, יש לנגב את פני השטח של התבנית בעזרת מטלית נטולת אבק טבולה באתנול כדי להסיר שאריות חומרי אלקטרודה או פסולת מפריד, על מנת למנוע ירידה בדיוק הניקוב הנגרמת עקב הצטברות פסולת. כאשר התבנית אינה בשימוש זמן רב, יש לאחסן אותה בקופסה יבשה כדי למנוע חלודה או זיהום על ידי אבק.
4.2 הצעות תחזוקה
מומלץ לכייל את דיוק הציוד אחת ל-6 חודשים. למדידת גודל הניקוב בפועל של התבנית משתמשים בבלוקים סטנדרטיים של מדידה. אם סטיית המימדים חורגת מהטווח שצוין, יש לכוונן את פין המיקום בין הניקוב לתבנית, או ליצור קשר עם היצרן לצורך כיול מקצועי.
יש לנקות את פני השטח של מסילות ההחלקה מאבק וזיהומים מדי חודש, ולמרוח כמות קטנה של שמן סיכה מיוחד למסילות ההחלקה כדי למנוע בלאי הנגרם כתוצאה מיובש של מסילות ההחלקה; אם מתגלה כי מסילות ההחלקה תקועות, יש להפסיק את השימוש מיד ולבדוק אם יש חומר זר תקוע או שהן מעוותות.
המחורר והמתכת של הציוד הם חלקים נשחקים. לאחר שימוש ממושך, קצה החיתוך עלול להישחק, מה שיגרום להיווצרות קוצים על קצה הדיסק העגול המחורר. מומלץ להחליף את המחורר והמתכת באופן קבוע בהתאם למספר זמני המחורר כדי להבטיח את דיוק העיבוד.
