08.05.2023 by Aileen Sammler
L'importance des plastiques pour la fonction de stockage d'énergie des batteries
Les plastiques sont largement utilisés dans le secteur automobile depuis des décennies et sont de plus en plus employés dans les batteries : Ils ont été utilisés comme boîtiers, câbles et connecteurs dès le début, mais avec leur utilisation accrue dans le stockage de l'énergie, ils sont maintenant un élément crucial de l'essor de l'e-mobilité.
Le rôle des plastiques dans le stockage de l'énergie
Les matériaux et les principes de construction utilisés dans les batteries déterminent principalement leur fonction de stockage de l'énergie. Les plastiques jouent un rôle important à cet égard, même s'ils ne peuvent pas être utilisés directement comme conducteurs électriques. Ils sont utilisés dans la construction des batteries comme isolants, matériaux de séparation, boîtiers et membranes d'électrolyte, contribuant ainsi à accroître la stabilité chimique et la durée de vie des batteries, tout en garantissant des performances sûres et efficaces.
Les batteries lithium-ion, utilisées dans de nombreuses applications telles que les smartphones, les ordinateurs portables, les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie, en sont un exemple. Les cathodes et les anodes des batteries lithium-ion sont souvent revêtues de plastique pour assurer l'isolation et la protection à long terme contre les réactions chimiques indésirables et la corrosion. Dans le secteur de la mobilité, les exigences portent également sur la Stabilité thermiqueUn matériau est thermiquement stable s'il ne se décompose pas sous l'influence de la température. Une façon de déterminer la stabilité thermique d'une substance est d'utiliser un ATG (analyseur thermogravimétrique). stabilité thermique.
Il existe plusieurs plastiques utilisés dans les batteries, chacun remplissant des fonctions de stockage différentes. Dans les pages qui suivent, nous donnons un aperçu des principaux plastiques et de leurs fonctions :
Les appareils d'analyse thermique et les rhéomètres de NETZSCH aident à déterminer les propriétés idéales des plastiques utilisés dans les batteries
En voici quelques exemples :
L'analyse thermique est utilisée pour caractériser les propriétés thermiques des matières plastiques, telles que la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion, la température de transition vitreuse, la CristallisationLa cristallisation est le processus physique de durcissement au cours de la formation et de la croissance des cristaux. Au cours de ce processus, la chaleur de cristallisation est libérée.cristallisation et la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique. Par exemple, la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). température de fusion, qui peut être mesurée au moyen de la calorimétrie à balayage différentiel (DSC), joue un rôle important dans le développement des séparateurs de batteries. Si le séparateur fond à haute température et que les électrodes se court-circuitent, il peut en résulter une réaction thermique et une augmentation de la température de fonctionnement de la batterie. Une augmentation de la température de fonctionnement peut affecter les performances et la durée de vie de la batterie en accélérant les réactions chimiques à l'intérieur de la batterie et en accélérant la Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition de l'électrolyte.
L'analyse thermogravimétrique (TGA) est utilisée pour tester la stabilité des plastiques à des températures plus élevées dans leur plage de fonctionnement.
L'analyse mécanique dynamique (DMA) peut être utilisée pour prédire les performances à long terme à température ambiante ou à des températures plus élevées.
Les études rhéologiques permettent de déterminer les propriétés idéales des plastiques pour une utilisation dans les batteries. L'analyse du comportement d'écoulement des matériaux permet de caractériser la viscosité, l'élasticité et la plasticité des plastiques. Par exemple, la viscosité est essentielle dans le développement de revêtements pour les électrodes, car elle affecte la régularité de l'application du revêtement et son adhérence.
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