Inleiding
Muntcel is een small enkele cel in de vorm van een cilinder of knop. Hij wordt gebruikt in veel alledaagse small draagbare elektronische apparaten, zoals horloges, rekenmachines, afstandsbedieningen, elektronisch speelgoed, small LED-zaklampen, enz. Ze worden elk jaar wereldwijd in enorme hoeveelheden geproduceerd. Er zijn verschillende soorten muntcellen op basis van hun chemische samenstelling, zoals zilvercellen, alkalinecellen, zink-luchtcellen en lithiumcellen. Sommige zijn niet oplaadbaar, terwijl andere wel oplaadbaar zijn, zoals lithium-ion knoopcel of Ni-MH knoopcel. Vergeleken met de niet-oplaadbare, wegwerpbare cellen zijn oplaadbare cellen in eerste instantie duurder, maar de langere levensduur van oplaadbare cellen maakt ze een betere investering voor consumenten. Bovendien hebben oplaadbare cellen minder impact op het milieu, aangezien de chemische stoffen van batterijen vaak giftig zijn en het milieu kunnen vervuilen. Bovendien bieden lithium-ion oplaadbare cellen een hogere vermogensdichtheid en capaciteit.
Veel parameters hebben invloed op de prestaties van oplaadbare muntaccellen, zoals temperatuur en cyclische omstandigheden. Het is erg belangrijk voor fabrikanten van muntacellen om de warmteontwikkeling tijdens laad-/ontlaadcycli te kennen om inzicht te krijgen in de energie-efficiëntie van de cel en de prestaties en levensduur van de cel te verbeteren. Het is ook noodzakelijk om de veiligheid van de hele MuntcelmoduleEen calorimetermodule die deel uitmaakt van de Multiple Module Calorimeter (MMC) waarmee complete munten van variabele grootte kunnen worden gescand en isothermisch getest. Het DSC-achtige dubbele ontwerp geeft een differentieel signaal van de warmtesignatuur tijdens een opwarmfase of het opladen en ontladen van batterijen. muntcel te kunnen onderzoeken wanneer deze aan hoge temperaturen wordt blootgesteld. Deze toepassingsnotitie toont isothermische cycli van lithium-ionmuntaccu's in een nieuwe DSC-achtige opstelling voor onderzoek en kwaliteitscontrole van muntaccu's.
Instrumentatie
Het nieuwe instrument dat gebruikt is, is de hoge temperatuur coincelmodule op NETZSCH Meervoudige Module Calorimeter (MMC)Een calorimeterapparaat met meerdere standen, bestaande uit een basiseenheid en verwisselbare modules. Eén module is voorbereid voor versnellende snelheidscalorimetrie (ARC), de ARC-module. Een tweede wordt gebruikt voor scantests (scanningmodule) en een derde en vierde is gerelateerd aan batterij- en polymeertests en farmaceztische tests voor muntcellen (muntcelmodule).MMC 274 Nexus® (fig 1). Het is het enige DSC-achtige systeem voor onderzoek en kwaliteitscontrole van knoopcelbatterijen ter wereld. Het belangrijkste onderdeel van dit nieuwe instrument is de sensor (fig. 2 en 3). Deze beschikt over een innovatief differentieel meetontwerp op basis van een thermozuil voor een verbeterde gevoeligheid en stabiliteit van de warmtestroommeting.
Hij is ontworpen om een hele knoopcelbatterij als monster te bevatten. Externe batterijcyclers kunnen eenvoudig op het instrument worden aangesloten via een plug-and-play LEMO-connector. Isothermische cycli van knoopcelbatterijen kunnen eenvoudig worden uitgevoerd onder verschillende laad-/ontlaadcondities. Het nieuwe instrument kan ook DSC-scans uitvoeren op een hele knoopcel, wat voorheen niet mogelijk was.
Resultaten
Een LiR2032 lithium ion knoopcelbatterij werd gebruikt als monster en een aluminium blok van dezelfde grootte werd gebruikt als referentie. De cel werd gedurende het hele experiment op 40°C gehouden. Constant Current-Constant Voltage (CCCV) laden en ontladen werd uitgevoerd bij 40 mA van 4,2 V tot 3,0 V met behulp van een externe batterijcycler. Er werden verschillende cycli uitgevoerd en de warmtestroomgegevens waren goed reproduceerbaar. De gegevens laten zien dat opladen wordt gekenmerkt door een korte EndothermEen monsterovergang of reactie is endotherm als er warmte nodig is voor de omzetting.endotherm gevolgd door een small exotherme reactie, terwijl ontladen wordt gekenmerkt door een lange exotherme reactie (fig. 4). De gegevens kunnen eenvoudig worden geïntegreerd om de elektrische energie in of uit de knoopcel en de tegelijkertijd afgegeven warmte te verkrijgen (fig. 5). Dit maakt de berekening van het batterijrendement eenvoudig voor zowel laad- als ontlaadprocessen, zoals weergegeven in figuur 4. Zonder de warmte-informatie van HT Coin Cell calorimetrie kan het rendement alleen worden geschat.
Conclusie
De nieuwe hoge-temperatuurmodule voor muntcellen op de Meervoudige Module Calorimeter (MMC)Een calorimeterapparaat met meerdere standen, bestaande uit een basiseenheid en verwisselbare modules. Eén module is voorbereid voor versnellende snelheidscalorimetrie (ARC), de ARC-module. Een tweede wordt gebruikt voor scantests (scanningmodule) en een derde en vierde is gerelateerd aan batterij- en polymeertests en farmaceztische tests voor muntcellen (muntcelmodule).MMC 274 Nexus® is een speciale calorimeter voor analyse van muntcellen. De innovatieve sensor bevat een differentieel principe voor gegevens van hoge kwaliteit. De sensor is ontworpen voor commerciële knoopcelbatterijen van verschillende grootte. Een hele knoopcelbatterij kan eenvoudig geladen en ontladen worden. De flexibele software maakt zowel isotherme als scanmodi mogelijk voor een volledige karakterisering van de knoopcel. Dankzij dit nieuwe instrument kan nauwkeurige informatie over de warmtestroom worden verkregen tijdens het laden/ontladen onder verschillende omstandigheden. Het rendement van de batterij kan direct worden berekend aan de hand van de totale warmte tijdens het laden of ontladen. Deze informatie is zeer nuttig voor batterijonderzoekers om inzicht te krijgen in de chemische samenstelling van de batterij in de cel en om de prestaties van de batterij te begrijpen.