Testování baterií pomocí termické analýzy

V současné době se věnuje značné úsilí výzkumu baterií. Cílem je nalézt nové materiály, které by umožnily lepší hustotu energie a výkonu a účinnější skladování energie. To vyžaduje sofistikované přístrojové vybavení pro výrobu a charakterizaci materiálů, jako jsou anodové a katodové materiály, separátory, elektrolyty, mezní vrstvy.

Pokud vyvíjíte nebo vyrábíte suroviny pro bateriový průmysl, možná budete chtít:

.

• Charakterizujte nano/amorfní/špatně krystalické materiály
• Porozumět chování materiálů a jejich stabilitě v závislosti na teplotě
• Získat chemickou identifikaci vyvíjených plynů (reakce, Rozkladná reakceRozkladná reakce je tepelně indukovaná reakce chemické sloučeniny za vzniku pevných a/nebo plynných produktů. rozklad, desorpce)
• Porozumět tepelné stabilitě surovin pro baterie
• Získat fázové přeměny, fázové diagramy
• Získat údaje o tepelných vlastnostech pro zahrnutí do programů tepelného modelování článků a baterií

Jakmile jsou vybrány nové suroviny, vyvstávají při návrhu elektrod otázky týkající se jejich výroby a použití. My na NETZSCH přinášíme kompletní sadu přístrojů pro charakterizaci těchto elektrod, separátorů a elektrolytů.

Pokud vyvíjíte nebo vyrábíte součásti baterií, můžete se zajímat o:

.

• Charakterizovat tepelně mechanické vlastnosti, jako je smršťování a úbytek hmotnosti při spékání a tepelné roztažnosti
• Charakterizovat tepelnou vodivost elektrody
• Změřit tepelnou kapacitu a tepelnou vodivost elektrod se stejnou pórovitostí
• Zlepšit tepelnou stabilitu katody
• Analyzujte tepelné chování elektrody za vysokého tlaku
• Zjistěte problémy s nekompatibilitou mezi součástmi
• Vyvinout metody kontroly kvality pro výrobu a rozšiřování procesu

Každá aplikace má jiné požadavky na výkon a omezení. Žádná chemie není vhodným řešením pro všechny aplikace. Se změnou potřeb aplikace a s dostupností nových technologií mohou být nutné změny komponent. Dobře navržený systém tepelného managementu má zásadní význam pro životnost a výkonnost bateriových článků. Výkon a životnost baterií jakožto elektrochemických zařízení jsou ovlivněny teplotou. Vysoké teploty zvyšují vedlejší reakce a Rozkladná reakceRozkladná reakce je tepelně indukovaná reakce chemické sloučeniny za vzniku pevných a/nebo plynných produktů. rozklad mezifázových hranic, což zkracuje životnost baterií a zvyšuje náklady na jejich výměnu.

Vývoj přesně kalibrovaných bateriových systémů závisí na přesných měřeních tepla generovaného bateriovými články během celého rozsahu cyklů nabíjení/vybíjení a také na chování během testů zneužití.

Pokud vyvíjíte nebo vyrábíte bateriové články, možná budete chtít:

.

• Pochopit vliv konstrukce článků na výkon baterie
• Znát teplotu, při které mohou lithium-iontové články nebo jejich součásti vykazovat vysoce exotermickou reakci
• Znát množství energie uvolněné během reakce, rychlost reakce a úroveň tlaku vznikajícího v důsledku vznikajícího rozkladného plynu
• Posoudit dopad vniknutí hřebíku nebo zkoušky rozdrcením v baterii

Při nabíjení nebo vybíjení baterie vzniká a absorbuje se teplo. Izotermická kalorimetrie ve spojení s cykléry baterií je inteligentní způsob, jak charaterizovat tepelný tok, a tedy analyzovat životní cyklus baterie. Teplota, rychlost nabíjení/vybíjení a hloubka vybití mají zásadní vliv na životnost článků během cyklu. Díky kalorimetrickému měření lze vyhodnocovat nové konstrukce baterií (výběr nového materiálu a/nebo nové sestavy komponent). Kalorimetr se zrychlující se rychlostí (ARC^®) vybavený 3D senzorem umožňuje testování v IzotermickýZkoušky při kontrolované a konstantní teplotě se nazývají izotermické.izotermickém režimu při naprosté bezpečnosti přístroje i obsluhy.

Pokud analyzujete výkonnost baterie, můžete si vyžádat:

.

• Shromažďovat přesné údaje o produkci tepla z bateriového modulu
• Provést zcela bezpečně test nabíjení/vybíjení bez rizika zničení přístroje
• Zjistit, zda došlo ke zhoršení původního výkonu
• Získat výkonnostní signaturu v průběhu času, abyste mohli vyhodnotit účinky stárnutí a cyklování
• Vyhodnotit fyzikální a elektrochemické změny v konstrukci, které by mohly vést ke zlepšení bateriových modulů

Po skončení životnosti se baterie sbírají, aby se buď obnovily, nebo znovu použily v méně náročných aplikacích, nebo se baterie rozeberou a každá jednotlivá součástka se recykluje. Baterie jsou tvořeny sestavami různých polymerů, oxidů a kovových materiálů. V této oblasti je užitečným charakterizačním nástrojem termická analýza.

Pokud se zabýváte recyklací baterií, můžete se podívat na:

.

• Vyhodnotit proveditelnost fyzikální separace jejích hlavních složek
• Vyhodnotit účinnost uvolňování různých složek při přeměně baterie na fragmenty
• Charakterizovat jednotlivé složky baterie, pokud jsou rozděleny na fragmenty
• Charakterizovat nano/amorfní/špatně krystalické recyklované materiály
• Pochopit chování materiálu při stabilitě recyklovaných materiálů v závislosti na teplotě

Technologie lithium-iontových baterií nabízí mnoho výhod v oblasti přenosného napájení, ale jedním z hlavních problémů je bezpečnost. Vývojáři baterií potřebují nástroje, které jim umožní navrhovat bezpečnější baterie bez snížení výkonu.

Pomocí schématu "nejhoršího scénáře" (tepelného úniku) může adiabatická kalorimetrie poskytnout mnoho relevantních odpovědí, včetně teploty, při které mohou lithium-iontové články nebo jejich součásti vykazovat vysoce exotermickou reakci, a souvisejícího tlaku. Pomocí izotermické kalorimetrie lze přímo získat informace pro tepelné řízení, získané pomocí tepelného úniku.

Pokud vyvíjíte nebo vyrábíte suroviny pro baterie, navrhujete bateriové články a sady, můžete se zajímat o:

.

• Zkoumat Tepelný únikTepelný únik je situace, kdy se chemický reaktor vymkne kontrole s ohledem na teplotu a/nebo tlak, které jsou způsobeny samotnou chemickou reakcí. Simulace tepelného úniku se obvykle provádí pomocí kalorimetrického zařízení podle metody zrychlené kalorimetrie (ARC).tepelný únik baterie v běžných i náročných situacích
• Analyzovat tlak, který vzniká při explozi bateriového článku v kalorimetru
• Pochopit, při jaké teplotě dochází k vnitřnímu zkratu v důsledku rozkladu jednotlivých součástek
• Pochopit, co se děje chemicky a tepelně, když vnitřní zkraty vytvářejí horká místa uvnitř článku
• Navrhnout články, které jsou navrženy tak, aby se snížila pravděpodobnost vzniku horkých míst a spotřeby článku
• Navrhnout, select, nebo specifikovat tepelná bezpečnostní zařízení (tj. odvzdušňovač, CID, PTC) na základě údajů o teplotě a tlaku uvnitř článku během tepelného rozkladu a vědět, jak dobře tato zařízení fungují při zmírňování následků poruch
• Klasifikovat jednotlivé články s ohledem na jejich potenciální rizika a nebezpečí
• Provést zcela bezpečně izotermický test nabíjení/vybíjení bez rizika zničení přístroje
• Snížit pravděpodobnost řetězové reakce selhání článků v důsledku přenosu tepla mezi sousedními články

Naše doporučení v bílé knize pro vás:

• Bílá kniha: Bílá kniha: Bezpečnost baterií (Tepelný únikTepelný únik je situace, kdy se chemický reaktor vymkne kontrole s ohledem na teplotu a/nebo tlak, které jsou způsobeny samotnou chemickou reakcí. Simulace tepelného úniku se obvykle provádí pomocí kalorimetrického zařízení podle metody zrychlené kalorimetrie (ARC).tepelný únik) - Adiabatická kalorimetrie pro pokročilé testování baterií (anglická verze)
• Bílá kniha: Bílá kniha: Cyklování baterií - izotermická kalorimetrie pro pokročilé testování baterií (anglická verze)