KISAH SUKSES PELANGGAN
Cara Menentukan Sifat Termofisik Bahan Penyimpan Energi
Daniel Lager, Insinyur Riset untuk Sistem Energi Termal Berkelanjutan di Pusat Energi, Institut Teknologi Austria AIT
Institut Teknologi Austria AIT(https://www.ait.ac.at/) adalah lembaga penelitian non-universitas terbesar di Austria. Dengan tujuh pusat penelitiannya, AIT menganggap dirinya sebagai mitra penelitian dan pengembangan yang sangat terspesialisasi untuk industri, dan menaruh perhatian pada topik-topik infrastruktur utama di masa depan.
“NETZSCH telah memantapkan dirinya sebagai mitra yang dapat diandalkan. Kualitas instrumen dan daya tahannya serta kegunaan perangkat lunak pengukuran Proteus® di semua variabel yang diukur merupakan aspek penting dalam gambaran tersebut. Yang terpenting, layanan yang baik serta dialog yang baik dengan laboratorium pengembangan dan aplikasi di NETZSCH telah memecahkan banyak situasi rumit.”
Tentang laboratorium Termofisika di AIT
Laboratorium termofisika sebagai laboratorium pengujian terakreditasi (EN ISO/IEC 17025) di Pusat Energi menawarkan pengukuran karakteristik termal bahan, proses dan produk serta penentuan sifat termofisika dan parameter transisi dengan infrastruktur laboratorium yang berkualitas tinggi dan spesifik serta pengalaman bertahun-tahun. Sifat termofisik yang dianalisis meliputi Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal λ (T), Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal a(T), Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp(T), ekspansi termal ΔL(T)/L0, koefisien muai panas Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE α(T) , dan massa jenis ρ (T) dalam rentang suhu dari -180°C hingga 1600°C. Selain sifat termofisik, analisis termal simultan dengan spektrometri inframerah dan massa digunakan untuk menentukan suhu karakteristik, perbedaan entalpi, dan perubahan massa serta untuk mengidentifikasi gas yang berevolusi.
NETZSCH telah memantapkan dirinya sebagai mitra yang dapat diandalkan sebagai produsen peralatan. Kualitas instrumen dan daya tahan serta kegunaan perangkat lunak pengukuran di semua variabel yang diukur merupakan aspek penting dalam gambar ini. Di atas semua itu, bagaimanapun juga, layanan yang baik serta dialog yang baik dengan laboratorium pengembangan dan aplikasi di telah memecahkan banyak situasi yang rumit. Proteus® NETZSCH
Instrumen tertua yang saat ini digunakan di AIT adalah Laser-Flash LFA 427, yang telah beroperasi selama lebih dari 20 tahun:
Bahan Pengubah Fasa (PCM) untuk Aplikasi Penyimpanan Energi Termal
Penyimpanan energi panas yang masuk akal (STES) saat ini merupakan cara yang paling umum untuk menyimpan panas dengan menggunakan kapasitas panas dari bahan penyimpanan yang digunakan yang dihasilkan dari perbedaan suhu yang ada (misalnya, tangki air panas). Teknologi terbaru termasuk penyimpanan energi termal laten (LTES), yang menggunakan panas dari perubahan fase material. Perbedaan utama antara penggunaan PCM dan bahan STES dalam aplikasi penyimpanan panas adalah bahwa, pada PCM, panas yang tersimpan berada dalam kisaran suhu yang sempit dan suhu Transisi FaseIstilah transisi fase (atau perubahan fase) paling sering digunakan untuk menggambarkan transisi antara keadaan padat, cair dan gas.transisi fase konstan. Karakteristik ini digunakan untuk aplikasi tertentu, misalnya, dalam aplikasi bangunan. Tantangan dalam prosedur pengukuran adalah pengukuran yang akurat dari perubahan fase atau suhu transisi, Tt, entalpi Transisi FaseIstilah transisi fase (atau perubahan fase) paling sering digunakan untuk menggambarkan transisi antara keadaan padat, cair dan gas.transisi fase yang sebenarnya, Δht, dan Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik, Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp(T), dari fase yang berbeda.
PCM yang diselidiki adalah lilin parafin yang tersedia secara komersial dengan kisaran Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh dari 69°C hingga 71°C, perbedaan entalpi Δh = 260 kJ kg-1 dari 62°C hingga 77°C, dan Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp = 2 kJ kg-1 K-1sesuai dengan spesifikasi pabrikan.
Eksperimen DSC berikut ini dilakukan dengan NETZSCH 204 F1 DSC yang dilengkapi dengan sensor DSC tipe-E. Krusibel aluminium dengan volume 25 μl diisi dengan PCM dan dilas dingin dengan tutupnya. Sampel organik padat dipotong agar memiliki satu sisi yang rata, untuk memastikan kontak yang baik antara sampel dan dasar wadah. Eksperimen DSC dilakukan pada dua laju pemanasan yang berbeda, dengan β = 0,25 K menit-1 dan β = 10 K menit-1, dandengan atmosfer gas nitrogen yang dikontrol aliran massa.
Gambar 3 (a): Hasil Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp(T) yang tampak dari pengukuran DSC dengan lilin parafin pada β = 0,25 K menit-1 dan β = 10 K menit-1
Gambar 3 menggambarkan hasil pengukuran DSC pada PCM organik pada dua laju pemanasan yang berbeda. Hasil untuk laju pemanasan rendah dengan β = 0,25 K menit-1 menghasilkan puncak yang tajam tetapi juga ketidakpastian yang tinggi pada fase padat atau cair terkait Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik yang sebenarnya, Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp(T). Laju pemanasan yang lebih cepat dengan β = 10 K min-1 menunjukkan representasi yang lebih baik dari rentang leleh tetapi hasil yang jauh lebih akurat untuk Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik cp(T) yang sebenarnya dalam fase padat atau cair.
Dari hasil ini, kami menyimpulkan bahwa evaluasi suhu karakteristik dan entalpi transformasi memerlukan beberapa pengukuran DSC pada laju pemanasan yang berbeda untuk mencapai hasil yang berarti mengenai suhu Transisi FaseIstilah transisi fase (atau perubahan fase) paling sering digunakan untuk menggambarkan transisi antara keadaan padat, cair dan gas.transisi fase dan entalpi dan juga mengenai Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik, sementara tidak termasuk proses transpor panas di dalam sampel.
Pengukuran Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.Konduktivitas Termal Efektif dan Kapasitas Panas Spesifik pada Sel Baterai
Konduktivitas termal efektif λeff(T)dalam berbagai arah sel baterai serta kapasitas panas spesifiknya cp(T) sangat penting untuk memahami perilaku termal dan manajemen termal kemasan baterai.
Percobaan berikut ini berfokus pada penggunaan NETZSCH Laser Flash LFA 427, NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® dan NETZSCH Pengukur Aliran Panas HFM 446 untuk mengevaluasi sifat-sifat ini. LFA 427 dan DSC 204 F1 digunakan untuk menentukan Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal a (T) dalam arah dalam bidang dan cp(T) anoda, katoda, pemisah, dan bahan kantong dari sel kantong lithium-ion yang dibedah. Metode HFM diterapkan untuk mengevaluasi cp(T) dan λeff(T)dari sel kantong lithium-ion yang tegak lurus dengan permukaan kantong pada State of Charge (SoC) yang berbeda.
Gambar 4: Pengukuran LFA (kanan) dan DSC (kiri) pada bahan kantong sel kantong
Gambar 4 menunjukkan hasil cp(T) dan a (T) untuk bahan kantong dari sel baterai kantong yang diteliti. Prosedur pengukuran ini dilakukan dengan semua komponen padat dari sel baterai kantong untuk mengevaluasi Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal yang efektif dalam arah dalam bidang berdasarkan perhitungan Elemen Hingga tambahan.
Gambar 5: kiri: Sel kantong yang ditumpuk dalam HFM 446; kanan: Konduktivitas termal efektif berdasarkan pengukuran HFM 446
Gambar 5 menggambarkan pengaturan pengukuran untuk pengukuran Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal efektif melalui bidang dengan HFM 446 dan tumpukan sel kantong di sisi kiri serta hasil yang diterima di sisi kanan.
Prosedur pengukuran berdasarkan metode pengukuran HFM 446 dengan set ekstensi yang diterapkan dan pouch cell stack menunjukkan reprodusibilitas yang baik untuk λeff(T)dengan λeff= 0.715 W m-1 K-1 pada T = 25°C dan ketidakpastian gabungan yang diperluas sebesar U(k=2) = 0,02 W m-1 K-1. Perbedaan dalam λeff(T) karena SoC tidak dapat diselesaikan dalam hasil.
Data yang ditentukanuntuk cp(T ) dan a(T) pada arah in-plane dari komponen kantong diproses dalam Model Elemen Hingga (FE) untuk menghitung Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal in-plane dari seluruh sel kantong dengan λeff= 52,54 W m-1 K-1.
Hasil yang dievaluasi menunjukkan bahwa HFM adalah metode non-destruktif yang cocok untuk menganalisis Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal efektif dalam arah bidang tembus untuk sel kantong. Konduktivitas termal efektif dalam arah dalam bidang dapat ditentukan dengan membedah sel menjadi komponen-komponennya untuk menentukan Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal dalam bidang serta kapasitas dan KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan panas spesifik. Data ini dapat diproses dalam Model FE untuk mengevaluasi konduktivitas termal efektif dalam bidang.
Tentang Penulis:
Daniel Lager, MSc telah bekerja di bidang Termofisika dan Analisis Termal sejak tahun 2007. Beliau adalah kepala laboratorium terakreditasi terkait di AIT Austrian Institute of Technology GmbH sejak 2019. Pada tahun 2017, ia menerima gelar PhD dari Universitas Teknologi Wina (TU Wien) untuk disertasinya tentang karakterisasi termofisika bahan penyimpan panas. Dia telah menulis dan ikut menulis berbagai publikasi.
Pada tahun 2005, ia memperoleh gelar diploma di bidang elektronik dari Universitas Ilmu Pengetahuan Terapan Technikum-Wien, diikuti dengan gelar master di bidang ilmu teknik biomedis pada tahun 2008.
Sejalan dengan pekerjaannya di AIT, beliau adalah dosen eksternal di University of Applied Sciences Burgenland. Dalam perjalanan karier profesionalnya, Daniel Lager juga telah mendapatkan pengalaman sebagai fisikawan sistem untuk akselerator partikel untuk terapi ion, sebagai insinyur sistem untuk sistem transmisi data dalam aplikasi keselamatan publik, sebagai pengembang perangkat lunak untuk sistem deteksi kerusakan, dan sebagai peneliti di bidang efek kompatibilitas elektromagnetik.
Tonton webinar terkait!
Dalam webinar ini, Dr. Daniel Lager menyajikan metodologi pengukuran mutakhir untuk sifat termofisika bahan penyimpan energi. Berfokus pada kapasitas panas spesifikcp(T), entalpi transisi faseHt, entalpi reaksi Hr, Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal a (T), konduktivitas termal λ (T), dan suhu karakteristik T, ia melakukan, membandingkan, dan mengevaluasi berbagai teknik pengukuran yang telah terstandardisasi dan juga teknik pengukuran baru berdasarkan metode pengukuran yang tersedia. Tonton sekarang!