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MMC 274Nexus® のコインセルモジュールの校正について

はじめに

NETZSCH マルチモジュール熱量計(マルチモジュール熱量計(MMC)ベースユニットと交換可能なモジュールからなるマルチモード熱量計装置。1つのモジュールは加速熱量測定用(ARC® )で、ARC®-モジュールです。2つ目のモジュールはスキャニング試験に使用され(スキャニングモジュール)、3つ目のモジュールはコイン電池の電池試験に使用されます(コイン電池モジュール)。MMC)274Nexus (図1)には3つの異なる測定モジュールがあります。Accelerating Rate Calorimetry (ARC)The method describing isothermal and adiabatic test procedures used to detect thermally exothermic decomposition reactions.ARC® モジュールは、いわゆるHeat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search は、加速熱量測定( )に従った熱量計装置で使用される測定モードである。ARC®heat-wait-search (Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search は、加速熱量測定( )に従った熱量計装置で使用される測定モードである。ARC®HWS)試験や熱暴走試験に使用できます[1][2]。スキャニングモジュールは、吸熱または発熱相転移の評価や熱危険性スクリーニングなどの用途に適しています[3][4]。コインセルモジュールは、電池の調査に特化しています[5]。コイン電池モジュールには、LEMOコネクタを介して外部バッテリーサイクリングユニットを簡単に接続することができます。電圧と電流の信号は、Proteus® 評価ソフトウェアに転送することができます。その結果、電力信号が自動的に決定され、充電と放電が独立して定量化されます。充放電時の熱損失を検出することで、バッテリーのサイクル効率を評価することができます。この目的のために、ツインサンプルキャリアはDSCのような差動セットアップを提供します(図2a、b、c)。

1)NETZSCH マルチモジュール熱量計(MMC)ベースユニットと交換可能なモジュールからなるマルチモード熱量計装置。1つのモジュールは加速熱量測定用(ARC® )で、ARC®-モジュールです。2つ目のモジュールはスキャニング試験に使用され(スキャニングモジュール)、3つ目のモジュールはコイン電池の電池試験に使用されます(コイン電池モジュール)。MMC 274Nexus
2) コインセルモジュールの模式図;サンプルホルダー(左)、4線法(中)、ディファレンシャルセットアップ図(右)

電池の非破壊等温充放電試験のほとんどは、常温に近い温度範囲(small )で実施されるため、それに応じて熱量計を校正することが不可欠です。温度と感度の校正には、通常、金属が標準物質として使用されます。

温度と感度の校正

空のコイン(図3)は、試料や標準物質を調製するために、DSCるつぼと同様の方法で使用することができます。マルチモジュール熱量計(MMC)ベースユニットと交換可能なモジュールからなるマルチモード熱量計装置。1つのモジュールは加速熱量測定用(ARC® )で、ARC®-モジュールです。2つ目のモジュールはスキャニング試験に使用され(スキャニングモジュール)、3つ目のモジュールはコイン電池の電池試験に使用されます(コイン電池モジュール)。MMCコインセルモジュールでは、適度な加熱速度でスキャンできるため、ダイナミックシフトが最小限に抑えられ、バッテリーのサイクル測定などの等温測定との比較可能性が向上します。代表的な校正物質と対応する試料質量を表1にまとめました。マルチモジュール熱量計(MMC)ベースユニットと交換可能なモジュールからなるマルチモード熱量計装置。1つのモジュールは加速熱量測定用(ARC® )で、ARC®-モジュールです。2つ目のモジュールはスキャニング試験に使用され(スキャニングモジュール)、3つ目のモジュールはコイン電池の電池試験に使用されます(コイン電池モジュール)。MMCコイン・セル・モジュール用にこの方法で作成した校正キットを図4に示します。

ガリウムは、温度とエンタルピーの校正用材料として認証され、確立され ており、いくつかの機関で推奨されている[6]。とはいえ、DSCで最も頻繁に使用されるるつぼ材料であるアルミニウムと反応するため、使用されることはほとんどありません。しかし、その融解温度は常温をわずかに上回る程度である。コインはスチール製であり、適用される加熱速度は比較的低いため、上記の欠点はマルチモジュール熱量計(MMC)ベースユニットと交換可能なモジュールからなるマルチモード熱量計装置。1つのモジュールは加速熱量測定用(ARC® )で、ARC®-モジュールです。2つ目のモジュールはスキャニング試験に使用され(スキャニングモジュール)、3つ目のモジュールはコイン電池の電池試験に使用されます(コイン電池モジュール)。MMCコインセルモジュールに関しては関係ない。

3) 空の2032硬貨(基準)と校正物質が充填された硬貨


表1:マルチモジュール熱量計(MMC)ベースユニットと交換可能なモジュールからなるマルチモード熱量計装置。1つのモジュールは加速熱量測定用(ARC )で、ARC-モジュールです。2つ目のモジュールはスキャニング試験に使用され(スキャニングモジュール)、3つ目のモジュールはコイン電池の電池試験に使用されます(コイン電池モジュール)。MMCコインセルモジュールの校正キットの材料と質量

校正材料試料質量 [mg]溶融温度 [°C]融解エンタルピー [J/g]
ガリウム

473.9

29.76

80.2

インジウム

334.0

156.6

28.6

324.0

231.9

60.5

ビスマス

306.0

271.3

53.8

4) マルチモジュール熱量計(MMC)ベースユニットと交換可能なモジュールからなるマルチモード熱量計装置。1つのモジュールは加速熱量測定用(ARC )で、ARC-モジュールです。2つ目のモジュールはスキャニング試験に使用され(スキャニングモジュール)、3つ目のモジュールはコイン電池の電池試験に使用されます(コイン電池モジュール)。MMCコインセルモジュール用校正キット

前述の標準物質の融解挙動の結果を図5に示す。温度と感度の校正多項式の計算結果を図6に示す。温度と感度の校正多項式をダブルチェックするために、ナフタレン(C10H8)を用いた。

5) ガリウム、インジウム、スズ、ビスマスの融解挙動の測定結果
6) 温度(左)と感度(右)の校正多項式
7) 温度(左)とエンタルピー(右)の校正多項式とナフタレン(C10H8)(赤)の追加結果。

ナフタレンについて得られた結果は、金属試料を用いて決定された検量線多項式とよく一致しており、検量線の妥当性が確認された(図7)。

結論

これらの結果は、温度とエンタルピーの校正に関するマルチモジュール熱量計(MMC)ベースユニットと交換可能なモジュールからなるマルチモード熱量計装置。1つのモジュールは加速熱量測定用(ARC )で、ARC-モジュールです。2つ目のモジュールはスキャニング試験に使用され(スキャニングモジュール)、3つ目のモジュールはコイン電池の電池試験に使用されます(コイン電池モジュール)。MMCコインセルモジュールの能力を見事に実証しています。電池の用途では周囲温度付近での適切な校正が不可欠であるため、校正材料としてガリウムを使用することは非常に重要です。電池の等温サイクルは、通常、周囲温度に近いか、それよりわずかに高い温度で行われます。例えば、融点が156.6℃のインジウムのような一般的な校正材料は、必要な応用範囲から遠すぎます。

Literature

  1. [1]
    Application Note 131, E. Füglein, "Hazard Potentialof Decomposoition Reactions Using Example of Hydrogen Peroxide (H2O2)".
  2. [2]
    アプリケーションノート134、E. Füglein、"Varify® - 特許取得の熱暴走試験におけるφファクター変動用浸漬ヒーター"
  3. [3]
  4. [4]
    Application Note 132, E. Füglein, "Screening of Hydrogen Peroxide Solutions by Means of Scanning Tests andARC Tests" 過酸化水素溶液の走査試験と 試験による過酸化水素溶液のスクリーニング。
  5. [5]
  6. [6]
    Sarge M.S., Gmelin E., Höhne G.W.H., Cammenga H.-K., Hemminger W., Eysel W. "The caloric calibration of scanning calorimeters" Thermochimica Acta 247 (1994) 129-168