اختبار البطارية عن طريق التحليل الحراري

تُبذل حالياً جهود كبيرة في أبحاث البطاريات. والهدف هو إيجاد مواد جديدة تمكّن من تحسين كثافة الطاقة والقدرة بالإضافة إلى تخزين الطاقة بكفاءة أكبر. ويتطلب ذلك أجهزة متطورة لإنتاج وتوصيف مواد مثل مواد الأنود والكاثود والفواصل والإلكتروليتات والطبقات الحدودية.

إذا كنت تقوم بتطوير أو إنتاج مواد خام لصناعة البطاريات، فقد ترغب في:

• توصيف المواد النانوية/المتبلورة/ضعيفة التبلور
• فهم سلوك المواد واستقرار المواد كدالة لدرجة الحرارة
• الحصول على التحديد الكيميائي للغازات المتطورة (التفاعل والتحلل والامتصاص)
• فهم الاستقرار الحراري للمواد الخام للبطاريات
• الحصول على تحولات الطور ومخططات الطور
• الحصول على بيانات الخصائص الحرارية لإدراجها في برامج النمذجة الحرارية للخلايا والحزم

وبمجرد اختيار المواد الخام الجديدة، يؤدي تصميم الأقطاب الكهربائية إلى أسئلة تتعلق بتصنيعها واستخدامها. نحن في NETZSCH نقدم مجموعة كاملة من الأدوات لتوصيف تلك الأقطاب الكهربائية والفواصل والإلكتروليتات.

إذا كنت تقوم بتطوير أو إنتاج مكونات البطارية، فقد ترغب في:

• توصيف الخواص الميكانيكية الحرارية مثل الانكماش وفقدان الوزن أثناء التلبيد والتمدد الحراري
• توصيف التوصيل الحراري للقطب الكهربائي
• قياس السعة الحرارية والتوصيل الحراري للأقطاب الكهربائية من نفس المسامية
• تحسين الاستقرار الحراري للقطب السالب
• تحليل السلوك الحراري للإلكترود تحت الضغط العالي
• الكشف عن مشكلات عدم التوافق بين المكونات
• تطوير طرق مراقبة الجودة للتصنيع وتوسيع نطاق العملية

لكل تطبيق متطلبات وقيود أداء مختلفة. لا توجد كيمياء واحدة هي الحل المناسب لجميع التطبيقات. قد يلزم إجراء تغييرات في المكونات مع تغير احتياجات التطبيق ومع توفر تقنيات جديدة. يعد نظام الإدارة الحرارية المصمم جيدًا أمرًا بالغ الأهمية لعمر خلايا البطارية وأدائها. وكأجهزة كهروكيميائية، يتأثر أداء البطاريات وعمرها الافتراضي بدرجة الحرارة. وتزيد درجات الحرارة المرتفعة من التفاعلات الجانبية وتحلل الحدود البينية، مما يقلل من عمر البطارية ويزيد من تكاليف استبدال البطارية.

ويعتمد تطوير أنظمة البطاريات التي تمت معايرتها بدقة على قياسات دقيقة للحرارة التي تولدها خلايا البطارية أثناء النطاق الكامل لدورات الشحن/التفريغ، بالإضافة إلى السلوك أثناء اختبار إساءة الاستخدام.

إذا كنت تقوم بتطوير أو إنتاج خلايا البطارية، فقد تحتاج إلى:

• فهم تأثير تصميم الخلية على أداء البطارية
• معرفة درجة الحرارة التي يمكن أن تُظهر فيها خلايا أيونات الليثيوم أو مكوناتها تفاعلاً طارداً للحرارة بدرجة عالية
• معرفة كمية الطاقة المنطلقة أثناء التفاعل، وسرعة التفاعل ومستويات الضغط الناشئة نتيجة لغاز التحلل المتكون
• تقييم تأثير اختبار اختراق المسمار أو اختبار السحق في البطارية

عندما يتم شحن البطارية أو تفريغها، يتم توليد الحرارة وامتصاصها. يعد قياس المسعر الحراري المتساوي الحرارة فيما يتعلق بدورات البطارية طريقة ذكية لتوصيف تدفق الحرارة، وبالتالي تحليل دورة حياة البطارية. إن درجة الحرارة ومعدلات الشحن/التفريغ وعمق التفريغ لكل منها تأثير كبير على دورة حياة الخلايا. يمكن تقييم تصاميم البطاريات الجديدة (اختيار مواد جديدة و/أو تجميع جديد للمكونات) بفضل قياس المسعرات الحرارية. مسعر معدل التسارع السعرات الحرارية (ARC^®) المجهز بمستشعر ثلاثي الأبعاد يسمح بإجراء الاختبار في وضع متساوي الحرارة بأمان تام للأداة والمشغل.

إذا كنت تحلل أداء البطارية، فقد ترغب في:

• جمع بيانات دقيقة لتوليد الحرارة من وحدة البطارية
• إجراء اختبار الشحن/التفريغ في أمان تام دون المخاطرة بتدمير الجهاز
• فهم ما إذا كان هناك أي تدهور في الأداء الأصلي
• الحصول على بصمة الأداء بمرور الوقت لتقييم آثار التقادم والتدوير
• تقييم تغييرات التصميم الفيزيائية والكهروكيميائية التي يمكن أن تؤدي إلى تحسين وحدات البطارية

عندما تصل البطاريات إلى نهاية عمرها الافتراضي، يتم تجميعها إما لإعادة تجديدها أو إعادة استخدامها في تطبيقات أقل تطلبًا، أو يتم تفكيك البطارية وإعادة تدوير كل مكون على حدة. يتم بناء البطاريات بتجميعات من بوليمرات وأكاسيد ومواد معدنية مختلفة. التحليل الحراري هو أداة توصيف مفيدة في هذا المجال.

إذا كنت تعمل في مجال إعادة تدوير البطاريات، فقد ترغب في:

• تقييم جدوى الفصل الفيزيائي لمكوناتها الرئيسية
• تقييم كفاءة تحرير المكونات المختلفة عند تحويل البطارية إلى شظايا
• توصيف كل مكون من مكونات البطارية، عند تجزئتها
• توصيف المواد المعاد تدويرها النانوية / غير المتبلورة / ضعيفة البلورة
• فهم السلوك المادي لثبات المواد المعاد تدويرها كدالة لدرجة الحرارة

توفر تقنية بطاريات أيونات الليثيوم العديد من المزايا في تطبيقات الطاقة المحمولة ولكن أحد الشواغل الرئيسية هو السلامة. يحتاج مطورو البطاريات إلى أدوات تسمح لهم بتصميم بطاريات أكثر أمانًا دون المساس بالأداء.

من خلال مخطط "السيناريو الأسوأ" (الهروب الحراري)، يمكن أن يوفر قياس السعرات الحرارية المتساوي الحرارة العديد من الإجابات ذات الصلة، بما في ذلك درجة الحرارة التي يمكن أن تظهر عندها خلايا أيونات الليثيوم أو مكوناتها تفاعلًا طاردًا للحرارة بدرجة عالية والضغط المرتبط بها. باستخدام المسعر الحراري المتساوي الحرارة، يمكن الحصول مباشرة على المعلومات الخاصة بالإدارة الحرارية، التي يتم الحصول عليها عن طريق الهروب الحراري.

إذا كنت تقوم بتطوير أو إنتاج مواد خام للبطارية أو تصميم خلايا البطارية وحزمها فقد ترغب في:

• التحقيق في الهروب الحراري للبطارية في كل من الحالات العادية والمسيئة
• تحليل الضغط المتولد عندما تنفجر خلية البطارية في المسعر الحراري
• افهم عند أي درجة حرارة تحدث الدائرة القصيرة الداخلية بسبب تحلل المكونات الفردية
• فهم ما يحدث كيميائيًا وحراريًا عندما تنتج الدوائر القصيرة الداخلية نقاطًا ساخنة داخل الخلية
• تصميم الخلايا المصممة لتقليل احتمال نمو البقع الساخنة واستهلاك الخلية
• تصميم أجهزة السلامة الحرارية أو اختيارها أو تحديدها (مثل التنفيس أو CID أو PTC) بناءً على بيانات درجة الحرارة والضغط داخل الخلية أثناء التحلل الحراري ومعرفة مدى كفاءة عمل هذه الأجهزة في التخفيف من عواقب الأعطال
• تصنيف الخلايا الفردية فيما يتعلق بمخاطرها ومخاطرها المحتملة
• إجراء اختبار شحن/تفريغ متساوي الحرارة بأمان تام دون المخاطرة بتدمير الجهاز
• تقليل احتمالية حدوث تفاعل متسلسل لأعطال الخلايا بسبب انتقال الحرارة بين الخلايا المتجاورة

توصيات المستند التعريفي التمهيدي لك

• المستند التعريفي التمهيدي سلامة البطارية (الهروب الحراري) - قياس السعرات الحرارية الثابتة لاختبار البطارية المتقدم (النسخة الإنجليزية)
• المستند التعريفي التمهيدي: تدوير البطارية - المسعر الحراري المتساوي الحرارة لاختبار البطارية المتقدم (النسخة الإنجليزية)