Pendahuluan
NETZSCH Kalorimeter Multiple Module Calorimeter (Kalorimeter Modul Ganda (MMC)Perangkat kalorimeter mode ganda yang terdiri dari unit dasar dan modul yang dapat ditukar. Satu modul disiapkan untuk kalorimetri laju akselerasi (ARC®), yaitu ARC®-Module. Modul kedua digunakan untuk pengujian pemindaian (Modul Pemindaian) dan modul ketiga terkait dengan pengujian baterai untuk sel koin (Modul Sel Koin).MMC) 274 Nexus® (gambar 1) menawarkan tiga modul pengukuran yang berbeda. Modul ARC® dapat digunakan untuk apa yang disebut dengan tes Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search adalah mode pengukuran yang digunakan pada perangkat kalorimeter menurut kalorimetri laju akselerasi (ARC®).heat-wait-search (Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search adalah mode pengukuran yang digunakan pada perangkat kalorimeter menurut kalorimetri laju akselerasi (ARC®).HWS) atau tes Pelarian termalPelarian termal adalah situasi di mana reaktor kimia berada di luar kendali sehubungan dengan produksi suhu dan / atau tekanan yang disebabkan oleh reaksi kimia itu sendiri. Simulasi pelarian termal biasanya dilakukan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan kalorimetri laju akselerasi (ARC®).pelarian termal [1][2]; Modul PemindaianModul kalorimeter yang merupakan bagian dari Multipe Module Calorimeter (MMC) memungkinkan uji pemindaian sampel. Prosedur ini dapat berfungsi sebagai uji penyaringan untuk mendeteksi potensi bahaya termal dalam waktu pengukuran yang cukup singkat.Modul Pemindaian cocok untuk aplikasi seperti evaluasi Transisi FaseIstilah transisi fase (atau perubahan fase) paling sering digunakan untuk menggambarkan transisi antara keadaan padat, cair dan gas.transisi faseEndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik atau EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik serta penyaringan bahaya termal [3][4]; dan Modul Sel KoinModul kalorimeter yang merupakan bagian dari Multiple Module Calorimeter (MMC) memungkinkan pemindaian dan uji isotermal koin lengkap dengan ukuran yang bervariasi. Desain kembar seperti DSC memberikan sinyal diferensial dari tanda tangan panas selama ramp pemanasan atau pengisian dan pengosongan baterai.Modul Sel Koin dikhususkan untuk investigasi baterai [5]. Unit siklus baterai eksternal dapat dengan mudah dihubungkan ke Coin Cell Module melalui konektor LEMO. Sinyal tegangan dan arus dapat ditransfer ke perangkat lunak evaluasi NETZSCH Proteus® . Sinyal daya yang dihasilkan secara otomatis ditentukan dan dapat diukur secara independen untuk pengisian dan pengosongan. Dengan mendeteksi kehilangan panas selama pengisian dan pengosongan, dimungkinkan untuk mengevaluasi efisiensi siklus baterai. Untuk tujuan ini, pembawa sampel kembar menawarkan pengaturan diferensial seperti DSC (gambar 2).
Karena sebagian besar studi pengisian dan pengosongan IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal non-destruktif pada baterai dilakukan dalam rentang suhu yang sangat small dekat dengan suhu lingkungan, maka sangat penting untuk mengkalibrasi kalorimeter yang sesuai. Untuk kalibrasi suhu dan sensitivitas, logam biasanya digunakan sebagai bahan referensi [6].
Penentuan Status Baterai
Ketika berbicara tentang penggunaan sistem penyimpanan energi, "tingkat pengisian" saat ini selalu menarik - baik untuk mengevaluasi sisa waktu kerja ponsel atau laptop, atau sehubungan dengan jangkauan kendaraan listrik. Jika waktu pengisian daya ponsel atau laptop memainkan peran yang agak kecil, ini bisa menjadi sangat penting dalam konteks mobilitas listrik.
Model Ton
Menggambarkan kondisi saat ini dari sistem penyimpanan energi dengan baik bisa jadi lebih sulit daripada yang terlihat pertama kali. Menurut [7], model barel berfungsi untuk mengilustrasikan dengan baik, karena model ini secara visual menggambarkan faktor-faktor yang paling penting yang berpengaruh selama penggunaan dan, khususnya, faktor-faktor yang disebabkan oleh proses penuaan (gbr. 3). Model ini membandingkan sistem penyimpanan energi dengan tong hujan, di mana tingkat cairan dalam tong mewakili kondisi muatan saat ini. Volume total dalam kondisi baru sesuai dengan kapasitas maksimum 100%. Di bagian bawah tong terdapat saluran keluar untuk "pengosongan" dan di bagian atas terdapat saluran masuk untuk "pengisian". Diameter saluran masuk dan saluran keluar yang terbatas, menggambarkan bahwa ada batas kecepatan pengisian atau pengosongan barel. Batasan ini sesuai dengan hambatan internal dalam akumulator. Bahkan ketika saluran masuk dan saluran keluar ditutup, barel kehilangan cairan dari waktu ke waktu karena memiliki small lubang dan oleh karena itu tidak tertutup rapat. Kehilangan ini merupakan pelepasan sendiri dari akumulator. Penuaan akumulator dijelaskan lebih lanjut dengan pembentukan "batu". Batu-batu ini mengurangi volume barel yang dapat digunakan dan dengan demikian kapasitas sistem penyimpanan energi. Selain itu, laras berkarat dari waktu ke waktu, meningkatkan jumlah small lubang dan dengan demikian kerugian karena "pelepasan sendiri".
Dengan model ini, yang ditunjukkan pada gambar 3, proses-proses yang paling penting dalam pengoperasian akumulator dapat dijelaskan. Kondisi saat ini dari sebuah sistem penyimpanan energi juga disebut sebagai "kondisi sehat".
Kerugian Selama Pengisian dan Pengosongan
Terlepas dari status baterai, kehilangan energi juga terjadi selama setiap proses pengisian dan pengosongan. Kita semua tahu dari pengalaman kita sendiri bahwa ponsel atau laptop menjadi panas selama pengoperasian yang intensif dan juga selama pengisian daya. Perkembangan panas ini merupakan kehilangan energi, karena jumlah panas yang dilepaskan dengan cara ini tidak tersedia untuk penggunaan aktual melalui sistem penyimpanan energi.
Dengan bantuan sensor dalam Modul Sel KoinModul kalorimeter yang merupakan bagian dari Multiple Module Calorimeter (MMC) memungkinkan pemindaian dan uji isotermal koin lengkap dengan ukuran yang bervariasi. Desain kembar seperti DSC memberikan sinyal diferensial dari tanda tangan panas selama ramp pemanasan atau pengisian dan pengosongan baterai.Modul Sel KoinKalorimeter Modul Ganda (MMC)Perangkat kalorimeter mode ganda yang terdiri dari unit dasar dan modul yang dapat ditukar. Satu modul disiapkan untuk kalorimetri laju akselerasi (ARC®), yaitu ARC®-Module. Modul kedua digunakan untuk pengujian pemindaian (Modul Pemindaian) dan modul ketiga terkait dengan pengujian baterai untuk sel koin (Modul Sel Koin).MMC (gambar 2), kehilangan panas ini dapat dideteksi dan diukur.
Kontrol Siklus Pengisian dan Pengosongan Daya
Baterai lithium-ion sangat sensitif terhadap pengisian daya yang berlebihan, karena hal ini dapat dengan mudah menyebabkan Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian elektrolit. Oleh karena itu, metode pengisian daya yang umum biasanya membatasi tegangan pengisian daya maksimum hingga 4,2 V [7]. Juga dalam penelitian ini, siklus pengisian dan pengosongan sel lithium-ion (LiR 2032) dibatasi dengan menggunakan tegangan batas 4,2 V untuk pengisian dan 2,5 V untuk pengosongan. Hal ini menghasilkan siklus yang ditunjukkan sebagai contoh pada gambar 4. Setelah siklus pengisian awal (tidak ditampilkan di sini), Modul Sel KoinModul kalorimeter yang merupakan bagian dari Multiple Module Calorimeter (MMC) memungkinkan pemindaian dan uji isotermal koin lengkap dengan ukuran yang bervariasi. Desain kembar seperti DSC memberikan sinyal diferensial dari tanda tangan panas selama ramp pemanasan atau pengisian dan pengosongan baterai. sel koin diisi pada suhu 25°C dengan arus konstan 45 mA hingga tegangan batas 4,2 V. Pada fase RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi 2 berikutnya, Modul Sel KoinModul kalorimeter yang merupakan bagian dari Multiple Module Calorimeter (MMC) memungkinkan pemindaian dan uji isotermal koin lengkap dengan ukuran yang bervariasi. Desain kembar seperti DSC memberikan sinyal diferensial dari tanda tangan panas selama ramp pemanasan atau pengisian dan pengosongan baterai. sel koin dan sensor kembali ke kesetimbangan termal. Fase dicharging 3 dibatasi oleh tegangan cutoff 2,5 V dan sekali lagi diikuti oleh fase RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi 4.
Sinyal arus dan tegangan ditransfer dari unit siklus ke perangkat lunak evaluasi NETZSCH Proteus® di mana sinyal daya dihitung secara otomatis. Untuk menentukan kerugian selama pengisian dan pengosongan, daya yang diinvestasikan dan panas yang dilepaskan dapat ditentukan secara independen untuk setiap siklus parsial. Dengan cara ini, dimungkinkan untuk menunjukkan proporsi energi yang diinvestasikan yang dilepaskan sebagai panas.
Gambar 5 menunjukkan bagaimana evaluasi area dari sinyal fluks panas dari proses pengisian daya secara otomatis menghitung energi yang diinvestasikan (di sini 411,6 J) dan menempatkannya ke dalam proporsinya dengan sinyal fluks panas yang diukur (di sini 11,12 J). Hal ini menghasilkan efisiensi sebesar 97,3%. Untuk pemakaian berikutnya, efisiensinya hanya mencapai 89,9% karena panas yang dihasilkan jauh lebih tinggi.
Tingkat Pengisian dan Pengosongan yang Berbeda
Jika siklus pengisian dan pengosongan dilakukan pada tingkat yang berbeda sesuai dengan kriteria pematian yang disebutkan di atas, dapat dilihat bahwa energi yang diserap oleh sistem penyimpanan energi, dan dengan demikian, tentu saja, jumlah energi yang tersedia selama pengosongan, sangat bergantung pada tingkat masing-masing (gambar 6). Jika sel yang identik (LiR 2032) diisi pada 45 mA (C/1), 415 J diserap, sedangkan pada tingkat pengisian C/8 (5,6 mA), hampir 550 J diserap.
Suhu di mana akumulator didaur ulang juga memiliki pengaruh pada jumlah energi yang diserap dan efisiensi pengisian dan pengosongan. Gambar 7 menggambarkan energi yang diserap dari siklus pengisian daya pada suhu yang berbeda.
Ringkasan
Modul Sel KoinModul kalorimeter yang merupakan bagian dari Multiple Module Calorimeter (MMC) memungkinkan pemindaian dan uji isotermal koin lengkap dengan ukuran yang bervariasi. Desain kembar seperti DSC memberikan sinyal diferensial dari tanda tangan panas selama ramp pemanasan atau pengisian dan pengosongan baterai.Modul Sel Koin Kalorimeter Modul Ganda (MMC)Perangkat kalorimeter mode ganda yang terdiri dari unit dasar dan modul yang dapat ditukar. Satu modul disiapkan untuk kalorimetri laju akselerasi (ARC), yaitu ARC-Module. Modul kedua digunakan untuk pengujian pemindaian (Modul Pemindaian) dan modul ketiga terkait dengan pengujian baterai untuk sel koin (Modul Sel Koin).MMC 274 Nexus® digunakan untuk menyelidiki Modul Sel KoinModul kalorimeter yang merupakan bagian dari Multiple Module Calorimeter (MMC) memungkinkan pemindaian dan uji isotermal koin lengkap dengan ukuran yang bervariasi. Desain kembar seperti DSC memberikan sinyal diferensial dari tanda tangan panas selama ramp pemanasan atau pengisian dan pengosongan baterai. sel koin LiR 2032 yang dapat diisi ulang pada suhu yang berbeda dan tingkat pengisian yang berbeda sehubungan dengan panas yang terjadi. Untuk siklus pengisian, digunakan tegangan batas atas dan bawah 4,2 V dan 2,5 V. Daya yang dikirim ke akumulator oleh unit siklus selama pengisian daya dapat diukur dari sinyal arus dan tegangan unit siklus. Panas yang dilepaskan selama proses ini secara langsung diukur oleh sensor Modul Sel KoinModul kalorimeter yang merupakan bagian dari Multiple Module Calorimeter (MMC) memungkinkan pemindaian dan uji isotermal koin lengkap dengan ukuran yang bervariasi. Desain kembar seperti DSC memberikan sinyal diferensial dari tanda tangan panas selama ramp pemanasan atau pengisian dan pengosongan baterai.Modul Sel Koin. Rasio daya yang ditransfer ke akumulator dan jumlah panas yang dilepaskan memungkinkan efisiensi untuk proses pengisian dan pengosongan ditentukan secara independen. Telah ditunjukkan bahwa daya yang diserap dan efisiensi pengisian dan pengosongan masing-masing sangat tergantung pada tingkat pengisian dan suhu.