Εισαγωγή
Το κελί νομίσματος είναι ένα απλό κελί small σε σχήμα κυλίνδρου ή κουμπιού. Χρησιμοποιείται σε πολλές καθημερινές small φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, όπως ρολόγια, αριθμομηχανές, τηλεχειριστήρια, ηλεκτρονικά παιχνίδια, small φακούς LED κ.λπ. Κατασκευάζεται σε τεράστιες ποσότητες κάθε χρόνο σε όλο τον κόσμο. Υπάρχουν αρκετοί διαφορετικοί τύποι κυψελών νομισμάτων με βάση τη χημική σύνθεση, όπως κυψέλη αργύρου, αλκαλική κυψέλη, κυψέλη ψευδαργύρου-αέρα και κυψέλη λιθίου. Ορισμένες δεν είναι επαναφορτιζόμενες, ενώ ορισμένες είναι επαναφορτιζόμενες, όπως για παράδειγμα η κυψέλη ιόντων λιθίου ή η κυψέλη Ni-MH. Σε σύγκριση με τις μη επαναφορτιζόμενες, μιας χρήσης κυψέλες, οι επαναφορτιζόμενες κυψέλες κοστίζουν αρχικά περισσότερο, αλλά η παρατεταμένη διάρκεια ζωής των επαναφορτιζόμενων κυψελών τις καθιστά καλύτερη επένδυση για τους καταναλωτές. Επιπλέον, οι επαναφορτιζόμενες κυψέλες έχουν λιγότερες επιπτώσεις στο περιβάλλον, καθώς οι χημικές ουσίες των μπαταριών είναι συχνά τοξικές και μπορούν να μολύνουν το περιβάλλον. Επίσης, οι επαναφορτιζόμενες κυψέλες ιόντων λιθίου προσφέρουν μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος και χωρητικότητα.
Πολλές παράμετροι θα επηρεάσουν την απόδοση των επαναφορτιζόμενων κυψελών νομίσματος, συμπεριλαμβανομένης της θερμοκρασίας και των συνθηκών ανακύκλωσης. Είναι πολύ σημαντικό για τον κατασκευαστή κυψελών νομισμάτων να γνωρίζει την παραγωγή θερμότητας κατά τη διάρκεια των κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης, προκειμένου να κατανοήσει την ενεργειακή απόδοση της κυψέλης και να βελτιώσει την απόδοση και τη διάρκεια ζωής της κυψέλης. Είναι επίσης επιτακτική ανάγκη να είναι σε θέση να εξετάσει την ασφάλεια ολόκληρης της κυψέλης κερμάτων όταν αυτή υποβάλλεται σε υψηλή θερμοκρασία. Αυτό το σημείωμα εφαρμογής παρουσιάζει ισοθερμοκρασιακούς κύκλους κυψελών ιόντων λιθίου σε ένα νέο σύστημα που μοιάζει με DSC και είναι αφιερωμένο στην επαναφοράarch και τον ποιοτικό έλεγχο της μπαταρίας κυψελών λιθίου.
Οργανολογία
Το νέο όργανο που χρησιμοποιήθηκε είναι η μονάδα κερματοκυψέλης υψηλής θερμοκρασίας στο NETZSCH Θερμιδόμετρο πολλαπλών μονάδων (MMC)Συσκευή θερμιδόμετρου πολλαπλών λειτουργιών που αποτελείται από μια βασική μονάδα και από εναλλάξιμες μονάδες. Μια μονάδα είναι προετοιμασμένη για θερμιδομετρία επιταχυνόμενου ρυθμού (ARC®), η ARC®-Μονάδα. Μια δεύτερη χρησιμοποιείται για δοκιμές σάρωσης (Scanning Module) και μια τρίτη και τέταρτη σχετίζεται με δοκιμές μπαταριών και πολυμερών, φαρμακοτεχνικές δοκιμές για κυψέλες νομισμάτων (Coin Cell Module).MMC 274 Nexus® (εικόνα 1). Πρόκειται για το μοναδικό στον κόσμο σύστημα που μοιάζει με DSC για τον επανέλεγχοarch και τον ποιοτικό έλεγχο της μπαταρίας κερματοκυψελών. Το βασικό στοιχείο αυτού του νέου οργάνου είναι ο αισθητήρας (εικ. 2 και 3). Διαθέτει καινοτόμο σχεδιασμό διαφορικής μέτρησης βασισμένο σε θερμοστοιχείο για βελτιωμένη ευαισθησία και σταθερότητα της μέτρησης της ροής θερμότητας.
Έχει σχεδιαστεί για να συγκρατεί μια ολόκληρη μπαταρία κερματοκυψελών ως δείγμα. Ο εξωτερικός κυκλοποιητής μπαταρίας μπορεί να συνδεθεί εύκολα στο όργανο μέσω ενός βύσματος LEMO plug-and-play. Ο ισοθερμικός κύκλος της κυψέλης νομισμάτων μπορεί εύκολα να εκτελεστεί υπό διάφορες συνθήκες φόρτισης/εκφόρτισης. Το νέο όργανο μπορεί επίσης να πραγματοποιήσει σάρωση DSC σε ολόκληρη κυψέλη νομισμάτων, κάτι που δεν ήταν δυνατό πριν.
Αποτελέσματα
Μια μπαταρία ιόντων λιθίου LiR2032 χρησιμοποιήθηκε ως δείγμα και ένα μπλοκ αλουμινίου ίδιου μεγέθους χρησιμοποιήθηκε ως αναφορά. Η κυψέλη διατηρήθηκε στους 40°C καθ' όλη τη διάρκεια του πειράματος. Η φόρτιση και η εκφόρτιση με σταθερό ρεύμα-σταθερή τάση (CCCV) πραγματοποιήθηκε στα 40 mA από 4,2 V σε 3,0 V με τη χρήση εξωτερικού κυκλωτή μπαταρίας. Πραγματοποιήθηκαν αρκετοί κύκλοι και τα δεδομένα ροής θερμότητας ήταν αρκετά αναπαραγώγιμα. Τα δεδομένα δείχνουν ότι η φόρτιση χαρακτηρίζεται από μια σύντομη ενδόθερμη που ακολουθείται από μια εξώθερμη αντίδραση small ενώ η εκφόρτιση χαρακτηρίζεται από μια μακρά εξώθερμη αντίδραση (σχήμα 4). Τα δεδομένα μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν για να προκύψει η ηλεκτρική ενέργεια που εισέρχεται ή εξέρχεται από το κελί κέρματος και η θερμότητα που εκλύεται ταυτόχρονα (σχ. 5). Αυτό καθιστά απλό τον υπολογισμό της απόδοσης της μπαταρίας τόσο για τις διαδικασίες φόρτισης όσο και για τις διαδικασίες εκφόρτισης, όπως φαίνεται στο σχήμα 4. Χωρίς τις πληροφορίες θερμότητας από τη θερμιδομέτρηση HT Coin Cell, η απόδοση μπορεί μόνο να εκτιμηθεί.
Συμπέρασμα
Η νέα μονάδα κυψελών νομισμάτων υψηλής θερμοκρασίας στο Θερμιδόμετρο πολλαπλών μονάδων (MMC)Συσκευή θερμιδόμετρου πολλαπλών λειτουργιών που αποτελείται από μια βασική μονάδα και από εναλλάξιμες μονάδες. Μια μονάδα είναι προετοιμασμένη για θερμιδομετρία επιταχυνόμενου ρυθμού (ARC®), η ARC®-Μονάδα. Μια δεύτερη χρησιμοποιείται για δοκιμές σάρωσης (Scanning Module) και μια τρίτη και τέταρτη σχετίζεται με δοκιμές μπαταριών και πολυμερών, φαρμακοτεχνικές δοκιμές για κυψέλες νομισμάτων (Coin Cell Module).MMC 274 Nexus® είναι ένα ειδικό θερμιδόμετρο για την ανάλυση κυψελών νομισμάτων. Ο καινοτόμος αισθητήρας του ενσωματώνει διαφορική αρχή για δεδομένα υψηλής ποιότητας. Ο αισθητήρας είναι σχεδιασμένος για να φιλοξενεί μπαταρίες νομισματοκυψελών του εμπορίου διαφορετικού μεγέθους. Μια ολόκληρη μπαταρία κερματοκυψέλης μπορεί εύκολα να φορτωθεί και να εκφορτωθεί. Το ευέλικτο λογισμικό επιτρέπει τόσο ισοθερμικές όσο και λειτουργίες σάρωσης για τον πλήρη χαρακτηρισμό της κυψέλης νομισμάτων. Χάρη σε αυτό το νέο όργανο, μπορούν να ληφθούν ακριβείς πληροφορίες για τη ροή θερμότητας κατά τη διάρκεια της δοκιμής φόρτισης/εκφόρτισης υπό διάφορες συνθήκες. Η απόδοση της μπαταρίας μπορεί να υπολογιστεί άμεσα με τη συνολική θερμότητα που εμπλέκεται κατά τη διάρκεια της περιόδου φόρτισης ή εκφόρτισης. Αυτές οι πληροφορίες είναι πολύ χρήσιμες για την επαναφορά της μπαταρίαςarcτης για να αποκτήσει εικόνα της χημείας της μπαταρίας μέσα στο κύτταρο και να κατανοήσει την απόδοση της μπαταρίας.