Test des piles au moyen de l'analyse thermique

Des efforts considérables sont actuellement consacrés à la recherche sur les batteries. L'objectif est de trouver de nouveaux matériaux permettant une meilleure densité d'énergie et de puissance ainsi qu'un stockage plus efficace de l'énergie. Cela nécessite des instruments sophistiqués pour la production et la caractérisation de matériaux tels que les matériaux d'anode et de cathode, les séparateurs, les électrolytes, les couches limites.

Si vous développez ou produisez des matières premières pour l'industrie des batteries, vous voudrez peut-être :

• Caractériser les matériaux nano/amorphe/mal cristallins
• Comprendre le comportement et la stabilité des matériaux en fonction de la température
• Obtenir l'identification chimique des gaz dégagés (réaction, Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition, déProcessus de sorptionLa sorption est un processus physique et chimique par lequel une substance (généralement un gaz ou un liquide) s'accumule dans une autre phase ou à la limite de deux phases. En fonction du lieu d'accumulation, on distingue l'absorption (accumulation dans une phase) et l'adsorption (accumulation à la limite des phases).sorption)
• Comprendre 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 des matières premières des batteries
• Obtenir les transformations de phase, les diagrammes de phase
• Obtenir des données sur les propriétés thermiques pour les inclure dans les programmes de modélisation thermique des cellules et des packs

Une fois les nouvelles matières premières sélectionnées, la conception des électrodes soulève des questions relatives à leur fabrication et à leur utilisation. Sur le site NETZSCH, nous disposons d'un ensemble complet d'instruments pour caractériser ces électrodes, séparateurs et électrolytes.

Si vous développez ou produisez des composants de batteries, vous pouvez souhaiter :

• Caractériser les propriétés thermomécaniques telles que le retrait et la perte de poids pendant le FrittageLe frittage est un procédé de production permettant de former un corps mécaniquement résistant à partir d'une poudre céramique ou métallique. frittage et la dilatation thermique
• Caractériser 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 de l'électrode
• Mesurer la capacité thermique 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 d'électrodes de même porosité
• Améliorer 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 de votre cathode
• Analyser le comportement thermique de l'électrode sous haute pression
• Détecter les problèmes d'incompatibilité entre les composants
• Développer des méthodes de contrôle qualité pour la fabrication et la mise à l'échelle des procédés

Chaque application a des exigences et des contraintes de performance différentes. Aucune chimie n'est la bonne solution pour toutes les applications. Il peut être nécessaire de modifier les composants en fonction de l'évolution des besoins de l'application et de l'apparition de nouvelles technologies. Un système de gestion thermique bien conçu est essentiel pour la durée de vie et les performances des cellules de batterie. En tant que dispositifs électrochimiques, les performances et la durée de vie des batteries sont affectées par la température. Les températures élevées augmentent les réactions secondaires et la Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition des limites interfaciales, ce qui réduit la durée de vie des batteries et augmente leur coût de remplacement.

Le développement de systèmes de batteries calibrés avec précision repose sur des mesures précises de la chaleur générée par les cellules de batteries pendant toute la gamme des cycles de charge/décharge, ainsi que sur le comportement pendant les tests d'abus.

Si vous développez ou produisez des cellules de batterie, vous pouvez souhaiter :

• Comprendre l'impact de la conception des cellules sur les performances de la batterie
• Connaître la température à laquelle les cellules lithium-ion ou leurs composants peuvent présenter une réaction hautement ExothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est exothermique si elle produit de la chaleur.exothermique
• Connaître la quantité d'énergie libérée au cours d'une réaction, la vitesse de la réaction et les niveaux de pression résultant du gaz de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition formé
• Évaluer l'impact de la pénétration d'un clou ou d'une épreuve d'écrasement dans la batterie

Lorsqu'une batterie est chargée ou déchargée, de la chaleur est générée et absorbée. La calorimétrie IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme associée aux cyclomètres de batterie est un moyen intelligent de caractériser le flux de chaleur, et donc d'analyser le cycle de vie de la batterie. La température, les taux de charge/décharge et la profondeur de décharge ont tous une influence majeure sur la durée de vie des cellules. Les nouvelles conceptions de batteries (choix d'un nouveau matériau et/ou d'un nouvel assemblage de composants) peuvent être évaluées grâce à la mesure calorimétrique. Le calorimètre à vitesse accélérée (ARC^®) équipé d'un capteur 3D permet de réaliser des tests en mode IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme en toute sécurité pour l'instrument et l'opérateur.

Si vous analysez les performances d'une batterie, vous souhaiterez peut-être :

• Recueillir des données précises sur la production de chaleur du module de la batterie
• Exécuter en toute sécurité un test de charge/décharge sans risquer de détruire l'instrument
• Comprendre s'il y a eu une détérioration des performances d'origine
• Obtenir une signature de performance dans le temps pour évaluer les effets du vieillissement et du cyclage
• Évaluer les modifications physiques et électrochimiques de la conception qui pourraient permettre d'améliorer les modules de batterie

Lorsque les batteries ont atteint leur fin de vie, elles sont collectées pour être soit reconditionnées, soit réutilisées dans des applications moins exigeantes, soit démontées et chaque composant est recyclé. Les batteries sont constituées d'assemblages de différents polymères, oxydes et matériaux métalliques. L'analyse thermique est un outil de caractérisation utile dans ce domaine.

Si vous travaillez dans le domaine du recyclage des batteries, vous pouvez :

• Évaluer la faisabilité de la séparation physique de ses principaux composants
• Évaluer l'efficacité de la libération des différents composants lorsque la batterie est transformée en fragments
• Caractériser chaque composant de la batterie, lorsqu'elle est fragmentée
• Caractériser les matériaux recyclés nano / amorphes / mal cristallins
• Comprendre le comportement matériel de la stabilité des matériaux recyclés en fonction de la température

La technologie des batteries lithium-ion offre de nombreux avantages dans les applications d'alimentation portable, mais la sécurité constitue une préoccupation majeure. Les développeurs de batteries ont besoin d'outils qui leur permettent de concevoir des batteries plus sûres sans compromettre les performances.

Grâce à un schéma du "pire scénario" (Emballement thermiqueUn emballement thermique est la situation dans laquelle un réacteur chimique est hors de contrôle en ce qui concerne la production de température et/ou de pression causée par la réaction chimique elle-même. La simulation d'un emballement thermique est généralement réalisée à l'aide d'un calorimètre selon la méthode de la calorimétrie à taux accéléré (ARC).emballement thermique), la calorimétrie AdiabatiqueAdiabatique décrit un système ou un mode de mesure sans aucun échange de chaleur avec l'environnement. Ce mode peut être réalisé à l'aide d'un calorimètre selon la méthode de la calorimétrie à taux accéléré (ARC). L'objectif principal d'un tel dispositif est d'étudier des scénarios et des réactions d'emballement thermique. Une brève description du mode adiabatique est la suivante : "pas d'entrée de chaleur - pas de sortie de chaleur".adiabatique peut fournir de nombreuses réponses pertinentes, notamment la température à laquelle les piles au lithium-ion ou leurs composants peuvent présenter une réaction hautement ExothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est exothermique si elle produit de la chaleur.exothermique et la pression associée. La calorimétrie IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme permet d'obtenir directement des informations pour la gestion thermique, obtenues par le biais de l'Emballement thermiqueUn emballement thermique est la situation dans laquelle un réacteur chimique est hors de contrôle en ce qui concerne la production de température et/ou de pression causée par la réaction chimique elle-même. La simulation d'un emballement thermique est généralement réalisée à l'aide d'un calorimètre selon la méthode de la calorimétrie à taux accéléré (ARC).emballement thermique.

Si vous développez ou produisez des matières premières pour les batteries, si vous concevez des cellules et des packs de batteries, vous pouvez souhaiter :

• Étudier l'Emballement thermiqueUn emballement thermique est la situation dans laquelle un réacteur chimique est hors de contrôle en ce qui concerne la production de température et/ou de pression causée par la réaction chimique elle-même. La simulation d'un emballement thermique est généralement réalisée à l'aide d'un calorimètre selon la méthode de la calorimétrie à taux accéléré (ARC).emballement thermique de la batterie dans des situations normales et abusives
• Analyser la pression générée lorsque l'élément de batterie explose dans le calorimètre
• Comprendre à quelle température un court-circuit interne se produit en raison de la Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition des composants individuels
• Comprendre ce qui se passe chimiquement et thermiquement lorsque les courts-circuits internes produisent des points chauds à l'intérieur de la cellule
• Concevoir des cellules qui sont conçues pour réduire la probabilité de développement de points chauds et de consommation de la cellule
• Concevoir, select, ou spécifier des dispositifs de sécurité thermique (par exemple, évent, CID, PTC) sur la base des données de température et de pression à l'intérieur d'une cellule pendant la Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition thermique et connaître l'efficacité de ces dispositifs pour atténuer les conséquences des défaillances
• Classer les cellules individuelles en fonction des risques et dangers potentiels qu'elles présentent
• Effectuer en toute sécurité un essai de charge/décharge IsothermeLes essais à température contrôlée et constante sont dits isothermes.isotherme sans risquer de détruire l'instrument
• Réduire la probabilité d'une réaction en chaîne de défaillances de cellules en raison du transport de chaleur entre cellules adjacentes

Les recommandations de notre livre blanc pour vous :

• Livre blanc : Sécurité des batteries (Emballement thermiqueUn emballement thermique est la situation dans laquelle un réacteur chimique est hors de contrôle en ce qui concerne la production de température et/ou de pression causée par la réaction chimique elle-même. La simulation d'un emballement thermique est généralement réalisée à l'aide d'un calorimètre selon la méthode de la calorimétrie à taux accéléré (ARC).emballement thermique) - Calorimétrie AdiabatiqueAdiabatique décrit un système ou un mode de mesure sans aucun échange de chaleur avec l'environnement. Ce mode peut être réalisé à l'aide d'un calorimètre selon la méthode de la calorimétrie à taux accéléré (ARC). L'objectif principal d'un tel dispositif est d'étudier des scénarios et des réactions d'emballement thermique. Une brève description du mode adiabatique est la suivante : "pas d'entrée de chaleur - pas de sortie de chaleur".adiabatique pour les tests avancés des batteries (version anglaise)
• Livre blanc : Battery Cycling - Isothermal Calorimetry for advances battery testing (version anglaise)