Bevezetés
Az érmecella egy henger vagy gomb alakú small egyelemű cella. Számos mindennapi small hordozható elektronikai eszközben használják, többek között órákban, számológépekben, távirányítókban, elektronikus játékokban, small LED-es zseblámpákban stb. Évente hatalmas mennyiségben gyártják világszerte. Az érmeelemek kémiai összetétele alapján többféle típus létezik, köztük ezüstelem, alkálielem, cink-levegő elem és lítiumelem. Egyesek nem újratölthetőek, míg mások újratölthetőek, például a lítium-ionos érmecella vagy a Ni-MH érmecella. A nem újratölthető, eldobható cellákhoz képest az újratölthető cellák kezdetben többe kerülnek, de az újratölthető cellák hosszabb élettartama miatt jobb befektetésnek bizonyulnak a fogyasztók számára. Ráadásul az újratölthető cellák kevésbé terhelik a környezetet, mivel az akkumulátorok vegyi anyagai gyakran mérgezőek és szennyezik a környezetet. A lítium-ion újratölthető cellák emellett nagyobb teljesítménysűrűséget és kapacitást kínálnak.
Számos paraméter befolyásolja az újratölthető érmecella teljesítményét, többek között a hőmérséklet és a ciklikus körülmények. Az érmecella gyártója számára nagyon fontos, hogy ismerje a töltési/kisütési ciklusok során keletkező hőtermelést a cella energiahatékonyságának megértése, valamint a cella teljesítményének és élettartamának javítása érdekében. Az is elengedhetetlen, hogy az egész érmecella biztonságát meg lehessen vizsgálni, amikor magas hőmérsékletnek van kitéve. Ez az alkalmazási közlemény a lítium-ionos érmecella IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus ciklikus ciklizálását mutatja be egy új DSC-szerű rendszerben, amely az érmecella akkumulátorok kutatására és minőségellenőrzésére szolgál.
Műszerek
Az új műszer a NETZSCH Többmodulos kaloriméter (MMC)Egy alapegységből és cserélhető modulokból álló, több üzemmódú kaloriméter készülék. Az egyik modul gyorsuló sebességű kalorimetriára van előkészítve (ARC), a ARC-Modul. Egy második a pásztázó vizsgálatokra szolgál (Scanning Module), egy harmadik pedig az érmecellás akkumulátorok vizsgálatához kapcsolódik (Coin Cell Module).MMC 274 Nexus® (1. ábra) magas hőmérsékletű érmecellás modulja. Ez az egyetlen DSC-szerű rendszer a világon az érmecellás akkumulátorok kutatására és minőségellenőrzésére. Ennek az új műszernek a legfontosabb eleme az érzékelő (2. és 3. ábra). A hőáramlás mérésének nagyobb érzékenységét és stabilitását biztosító, termopile-on alapuló innovatív differenciálmérési kialakítással rendelkezik.
Úgy tervezték, hogy mintaként egy egész érmeelemet vegyen fel. A külső akkumulátor-cikláló egyszerűen csatlakoztatható a műszerhez egy plug-and-play LEMO csatlakozón keresztül. Az érmecella IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus ciklizálása könnyen elvégezhető különböző töltési/kisütési körülmények között. Az új műszer DSC-vizsgálatot is végezhet egy egész érmecellán, ami korábban nem volt lehetséges.
Eredmények
Mintaként egy LiR2032 lítiumionos érmeelemet használtak, referenciaként pedig egy azonos méretű alumíniumtömböt. A cellát a kísérlet során végig 40 °C-on tartottuk. Az állandó áram-állandó feszültség (CCCV) töltést és kisütést 40 mA-en végeztük 4,2 V-ról 3,0 V-ra egy külső akkumulátor-ciklert használva. Több ciklust végeztünk, és a hőáramlási adatok jól reprodukálhatók voltak. Az adatok azt mutatják, hogy a töltést rövid endotermia jellemzi, amelyet egy small exoterm reakció követ, míg a kisütést hosszú exoterm reakció jellemzi (4. ábra). Az adatok könnyen integrálhatók, hogy megkapjuk az érmecellába be- vagy onnan kiáramló elektromos energiát és az ezzel egyidejűleg felszabaduló hőt (5. ábra). Ezáltal az akkumulátor hatásfokának kiszámítása egyszerűvé válik mind a töltési, mind a kisütési folyamatok esetében, amint az a 4. ábrán látható. A HT Coin Cell kalorimetriából származó hőinformáció nélkül a hatásfok csak becsülhető.
Következtetés
Az Többmodulos kaloriméter (MMC)Egy alapegységből és cserélhető modulokból álló, több üzemmódú kaloriméter készülék. Az egyik modul gyorsuló sebességű kalorimetriára van előkészítve (ARC), a ARC-Modul. Egy második a pásztázó vizsgálatokra szolgál (Scanning Module), egy harmadik pedig az érmecellás akkumulátorok vizsgálatához kapcsolódik (Coin Cell Module).MMC 274 Nexus® új, magas hőmérsékletű érmecella-modulja egy kifejezetten az érmecellák elemzéséhez kifejlesztett kaloriméter. Innovatív érzékelője a kiváló minőségű adatok érdekében differenciál elven működik. Az érzékelőt úgy tervezték, hogy különböző méretű, kereskedelmi forgalomban kapható érmecellás akkumulátorok befogadására alkalmas legyen. Egy egész érmecella-akkumulátor könnyen be- és kirakható. A rugalmas szoftver IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus és pásztázó üzemmódot is lehetővé tesz az érmecella teljes körű jellemzéséhez. Ennek az új műszernek köszönhetően pontos hőáramlási információk nyerhetők a töltési/kisütési tesztek során különböző körülmények között. Az akkumulátor hatékonysága közvetlenül kiszámítható a töltés vagy kisütés során keletkező teljes hőmennyiséggel. Ez az információ nagyon hasznos az akkumulátor-kutatók számára, hogy betekintést nyerjenek a cellán belüli akkumulátor-kémiába és megértsék az akkumulátor teljesítményét.