Batterijtesten met behulp van thermische analyse

Select uw methode volgens uw behoeften:

	DSC	TG	STA	EGA	DIL	LFA	MMC	`ARC^®`
Batterij Grondstof	+++	+++	+++	+++	+	+	n.v.t.	n.v.t.
Componenten (Anoden / Kathoden / Separatoren / PCT)	+++	+	++	+	+++	+++	++	+
Celontwerp	n.v.t.	n.v.t.	n.v.t.	n.v.t.	n.v.t.	+++	n.v.t.	+++
Prestaties & Veiligheid	+++	+	+++	+++	n.v.t.	n.v.t.	+++	++
Levenscyclus	n.v.t.	n.v.t.	n.v.t.	n.v.t.	n.v.t.	n.v.t.	n.b.	+++
Recycling	+++	+++	+++	+++	+++	n.b.	n.v.t.	++

Er worden momenteel aanzienlijke inspanningen geleverd op het gebied van batterijonderzoek. Het doel is om nieuwe materialen te vinden die een betere energie- en energiedichtheid en een efficiëntere energieopslag mogelijk maken. Dit vereist geavanceerde instrumentatie voor de productie en karakterisering van materialen zoals anode- en kathodematerialen, separatoren, elektrolyten, grenslagen.

Als u grondstoffen voor de batterij-industrie ontwikkelt of produceert, wilt u misschien:

Nano/amorfe/slecht kristallijne materialen karakteriseren
Materiaalgedrag en materiaalstabiliteit als functie van temperatuur begrijpen
De chemische identificatie van geëvolueerde gassen verkrijgen (reactie, ontleding, desorptie)
De Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit van batterijgrondstoffen begrijpen
Fasetransformaties en fasediagrammen verkrijgen
Gegevens over thermische eigenschappen verkrijgen voor opname in thermische modelleerprogramma's van cellen en packs

Zodra er nieuwe grondstoffen zijn geselecteerd, leidt het ontwerp van elektrodes tot vragen over de productie en het gebruik ervan. Op NETZSCH beschikken we over een volledige set instrumenten om die elektroden, separatoren en elektrolyten te karakteriseren.

Als u batterijcomponenten ontwikkelt of produceert, wilt u misschien:

Thermomechanische eigenschappen zoals krimp en gewichtsverlies tijdens SinterenSinteren is een productieproces voor het vormen van een mechanisch sterk lichaam uit keramisch of metaalpoeder. sinteren en thermische uitzetting karakteriseren
De Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid van de elektrode karakteriseren
De warmtecapaciteit en thermische geleiding van elektroden met dezelfde porositeit meten
De Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit van uw kathode verbeteren
Het thermisch gedrag van de elektrode onder hoge druk analyseren
Onverenigbaarheidsproblemen tussen componenten opsporen
QC-methodes ontwikkelen voor productie en opschalen van processen

Elke toepassing heeft andere prestatievereisten en beperkingen. Geen enkele chemie is de juiste oplossing voor alle toepassingen. Veranderingen in componenten kunnen nodig zijn als de behoeften van de toepassing veranderen en als er nieuwe technologieën beschikbaar komen. Een goed ontworpen thermisch beheersysteem is cruciaal voor de levensduur en prestaties van accucellen. Als elektrochemische apparaten worden de prestaties en levensduur van accu's beïnvloed door de temperatuur. Hoge temperaturen leiden tot meer nevenreacties en ontleding van grensvlakken, waardoor de levensduur van de batterij wordt verkort en de vervangingskosten toenemen.

De ontwikkeling van nauwkeurig gekalibreerde batterijsystemen is afhankelijk van nauwkeurige metingen van de warmte die wordt gegenereerd door batterijcellen tijdens het volledige bereik van oplaad-/ontlaadcycli en van het gedrag tijdens misbruiktests.

Als u accucellen ontwikkelt of produceert, wilt u wellicht:

De impact van het celontwerp op de prestaties van de batterij begrijpen
Weten bij welke temperatuur lithium-ion cellen of hun componenten een zeer exotherme reactie kunnen vertonen
Weten hoeveel energie bij een reactie vrijkomt, hoe snel de reactie verloopt en welke drukniveaus ontstaan als gevolg van het gevormde ontledingsgas
De impact van een nageldoorboring of verbrijzelingstest in de batterij beoordelen

Wanneer een batterij wordt opgeladen of ontladen, wordt er warmte gegenereerd en geabsorbeerd. Isothermische calorimetrie in combinatie met batterijcyclers is een slimme manier om de warmtestroom te karakteriseren en daarmee de levensduur van de batterij te analyseren. Temperatuur, laad-/ontlaadsnelheden en de ontlaaddiepte hebben elk een grote invloed op de levensduur van de cellen. Nieuwe batterijontwerpen (keuze van nieuw materiaal en/of nieuwe assemblage van componenten) kunnen worden geëvalueerd dankzij calorimetriemetingen. De Accelerating Rate Calorimeter (ARC^®) uitgerust met een 3D-sensor maakt testen in een isothermische modus mogelijk in alle veiligheid voor het instrument en de operator.

Als u de prestaties van een batterij analyseert, wilt u misschien:

Nauwkeurige gegevens over de warmteontwikkeling van de accumodule verzamelen
In alle veiligheid een laad-/ontlaadtest uitvoeren zonder risico op vernieling van het instrument
Begrijpen of de oorspronkelijke prestaties verslechterd zijn
Een prestatiehandtekening na verloop van tijd verkrijgen om de effecten van veroudering en cycli te evalueren
Fysieke en elektrochemische ontwerpveranderingen evalueren die tot betere batterijmodules kunnen leiden

Wanneer batterijen het einde van hun levensduur hebben bereikt, worden ze ingezameld om te worden gereviseerd of hergebruikt in minder veeleisende toepassingen, of de batterij wordt uit elkaar gehaald en elk afzonderlijk onderdeel wordt gerecycled. Batterijen bestaan uit assemblages van verschillende polymeren, oxiden en metalen. Thermische analyse is een nuttig karakteriseringshulpmiddel op dit gebied.

Als je bezig bent met het recyclen van batterijen, wil je misschien:

De haalbaarheid van fysieke scheiding van de hoofdcomponenten evalueren
De efficiëntie van het vrijkomen van verschillende componenten evalueren wanneer de batterij in fragmenten wordt omgezet
Elke component van de batterij karakteriseren wanneer deze gefragmenteerd is
Karakteriseren van de nano / amorfe / slecht kristallijne gerecyclede materialen
Het materiaalgedrag van de stabiliteit van de gerecyclede materialen begrijpen als functie van de temperatuur

De lithium-ion batterijtechnologie biedt veel voordelen voor draagbare stroomtoepassingen, maar een belangrijk punt van zorg is de veiligheid. Ontwikkelaars van batterijen hebben instrumenten nodig waarmee ze veiligere batterijen kunnen ontwerpen zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties.

Door middel van een "Slechtst denkbare scenarioMet betrekking tot een chemische reactor is een worstcasescenario de situatie waarbij de temperatuur- en/of drukproductie veroorzaakt door de reactie uit de hand loopt.worst-case scenario" (Thermische runawayEen thermische runaway is de situatie waarbij een chemische reactor niet meer onder controle is met betrekking tot de temperatuur- en/of drukproductie veroorzaakt door de chemische reactie zelf. Simulatie van een thermische runaway wordt meestal uitgevoerd met een calorimeter volgens versnelde snelheidscalorimetrie (ARC).thermische runaway) schema kan adiabatische calorimetrie veel relevante antwoorden geven, waaronder de temperatuur waarbij lithium-ioncellen of hun componenten een zeer exotherme reactie kunnen vertonen en de bijbehorende druk. Met isotherme calorimetrie kan informatie voor thermisch beheer, verkregen door middel van Thermische runawayEen thermische runaway is de situatie waarbij een chemische reactor niet meer onder controle is met betrekking tot de temperatuur- en/of drukproductie veroorzaakt door de chemische reactie zelf. Simulatie van een thermische runaway wordt meestal uitgevoerd met een calorimeter volgens versnelde snelheidscalorimetrie (ARC).thermische runaway, direct worden verkregen.

Als je grondstoffen voor batterijen ontwikkelt of produceert, batterijcellen en -pakketten ontwerpt, wil je misschien:

De Thermische runawayEen thermische runaway is de situatie waarbij een chemische reactor niet meer onder controle is met betrekking tot de temperatuur- en/of drukproductie veroorzaakt door de chemische reactie zelf. Simulatie van een thermische runaway wordt meestal uitgevoerd met een calorimeter volgens versnelde snelheidscalorimetrie (ARC).thermische runaway van de accu onderzoeken in zowel normale als probleemsituaties
De druk analyseren die wordt gegenereerd wanneer de batterijcel explodeert in de caloriemeter
Begrijpen bij welke temperatuur interne kortsluiting optreedt als gevolg van de ontbinding van de afzonderlijke componenten
Begrijpen wat er chemisch en thermisch gebeurt wanneer interne kortsluitingen hete plekken in de cel veroorzaken
Cellen ontwerpen die zijn ontworpen om de kans op hotspotgroei en verbruik van de cel te verkleinen
Thermische veiligheidsinrichtingen ontwerpen, select of specificeren (d.w.z. ontluchting, CID, PTC) op basis van temperatuur- en drukgegevens binnen een cel tijdens thermische ontleding en weten hoe goed deze inrichtingen werken bij het beperken van de gevolgen van storingen
Individuele cellen classificeren met betrekking tot hun potentiële risico's en gevaren
In alle veiligheid een isothermische laad-/ontlaadtest uitvoeren zonder risico op vernieling van het instrument
De kans op een kettingreactie van celdefecten door warmtetransport tussen aangrenzende cellen verkleinen

Onze aanbevelingen in het witboek:

Witboek: Battery Safety (Thermische runawayEen thermische runaway is de situatie waarbij een chemische reactor niet meer onder controle is met betrekking tot de temperatuur- en/of drukproductie veroorzaakt door de chemische reactie zelf. Simulatie van een thermische runaway wordt meestal uitgevoerd met een calorimeter volgens versnelde snelheidscalorimetrie (ARC).thermische runaway) - Adiabatische calorimetrie voor het testen van geavanceerde batterijen (engelse versie)
Witboek: Battery Cycling - Isothermische calorimetrie voor geavanceerde batterijtests (engelse versie)