Teste de bateria por meio de análise térmica

Atualmente, esforços consideráveis estão sendo canalizados para a pesquisa de baterias.arch. O objetivo é encontrar novos materiais que permitam uma melhor DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade de energia e potência, bem como um armazenamento de energia mais eficiente. Isso requer instrumentação sofisticada para a produção e caracterização de materiais como ânodo e cátodo, separadores, eletrólitos, camadas limite.

Se você desenvolve ou produz matérias-primas para o setor de baterias, talvez queira:

• Caracterizar materiais nano/amorfos/pouco cristalinos
• Entender o comportamento e a estabilidade do material em função da temperatura
• Obter a identificação química dos gases liberados (reação, Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição, dessorção)
• Compreender a Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica das matérias-primas da bateria
• Obter transformações de fase, diagramas de fase
• Obter dados de propriedade térmica para inclusão em programas de modelagem térmica de células e pacotes

Uma vez que as novas matérias-primas tenham sido selected, o projeto dos eletrodos leva a questões relacionadas à sua fabricação e uso. Nós da NETZSCH temos um conjunto completo de instrumentos para caracterizar esses eletrodos, separadores e eletrólitos.

Se você desenvolve ou produz componentes de baterias, talvez queira:

• Caracterizar as propriedades termomecânicas, como encolhimento e perda de peso durante a SinterizaçãoA sinterização é um processo de produção para formar um corpo mecanicamente forte a partir de um pó cerâmico ou metálico. sinterização e a expansão térmica
• Caracterizar a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica do eletrodo
• Medir a capacidade de calor e a condutância térmica de eletrodos com a mesma porosidade
• Melhorar a Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica de seu cátodo
• Analisar o comportamento térmico do eletrodo sob alta pressão
• Detectar problemas de incompatibilidade entre componentes
• Desenvolver métodos de controle de qualidade para fabricação e aumento de escala do processo

Cada aplicação tem requisitos e restrições de desempenho diferentes. Nenhum produto químico é a solução certa para todos os aplicativos. Podem ser necessárias alterações nos componentes à medida que as necessidades da aplicação mudam e que novas tecnologias se tornam disponíveis. Um sistema de gerenciamento térmico bem projetado é fundamental para a vida útil e o desempenho das células da bateria. Como dispositivos eletroquímicos, o desempenho e a vida útil das baterias são afetados pela temperatura. As altas temperaturas aumentam as reações colaterais e a Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição dos limites interfaciais, reduzindo a vida útil da bateria e aumentando os custos de substituição da bateria.

libraO desenvolvimento de sistemas de baterias com precisão depende de medições precisas do calor gerado pelas células da bateria durante toda a gama de ciclos de carga/descarga, bem como do comportamento durante os testes de abuso.

Se você desenvolve ou produz células de bateria, talvez queira:

• Compreender o impacto do design da célula no desempenho da bateria
• Conhecer a temperatura na qual as células de íons de lítio ou seus componentes podem apresentar uma reação altamente exotérmica
• Conhecer a quantidade de energia liberada durante uma reação, a velocidade da reação e os níveis de pressão que surgem como resultado do gás de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição formado
• Avaliar o impacto da penetração de um prego ou do teste de esmagamento na bateria

Quando uma bateria é carregada ou descarregada, o calor é gerado e absorvido. A calorimetria isotérmica em conexão com os cicladores de bateria é uma maneira inteligente de caracterizar o fluxo de calor e, portanto, de analisar o ciclo de vida da bateria. A temperatura, as taxas de carga/descarga e a profundidade da descarga têm uma grande influência na vida útil das células. Novos projetos de bateria (escolha de um novo material e/ou nova montagem de componentes) podem ser avaliados graças à medição por calorimetria. O Calorímetro de Taxa de Aceleração (ARC^®) equipado com um sensor 3D permite testes em um modo IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico com total segurança para o instrumento e o operador.

Se você analisa o desempenho de uma bateria, talvez queira:

• Coletar dados precisos de geração de calor do módulo da bateria
• Executar com total segurança um teste de carga/descarga sem correr nenhum risco de destruir o instrumento
• Entender se houve alguma deterioração no desempenho original
• Obter uma assinatura de desempenho ao longo do tempo para avaliar os efeitos do envelhecimento e da ciclagem
• Avaliar as alterações físicas e eletroquímicas do projeto que podem levar a módulos de bateria melhores

Quando as baterias atingem o fim de sua vida útil, elas são coletadas para serem recondicionadas ou reutilizadas em aplicações menos exigentes, ou a bateria é desmontada e cada componente é reciclado. As baterias são construídas com conjuntos de diferentes polímeros, óxidos e materiais metálicos. A análise térmica é uma ferramenta de caracterização útil nesse campo.

Se você estiver no ramo de reciclagem de baterias, talvez queira:

• Avaliar a viabilidade da separação física de seus principais componentes
• Avaliar a eficiência da liberação de diferentes componentes quando a bateria é convertida em fragmentos
• Caracterizar cada componente da bateria, quando fragmentado
• Caracterizar os materiais reciclados nano / amorfos / pouco cristalinos
• Compreender o comportamento material da estabilidade dos materiais reciclados em função da temperatura

A tecnologia de baterias de íons de lítio oferece muitas vantagens em aplicações de energia portátil, mas uma das principais preocupações é a segurança. Os desenvolvedores de baterias precisam de ferramentas que lhes permitam projetar baterias mais seguras sem comprometer o desempenho.

Por meio de um esquema de "Pior cenário possívelEm relação a um reator químico, o pior cenário possível é a situação em que a produção de temperatura e/ou pressão causada pela reação fica fora de controle. pior cenário" (Fuga térmicaO descontrole térmico é a situação em que um reator químico fica fora de controle em relação à produção de temperatura e/ou pressão causada pela própria reação química. A simulação de um descontrole térmico geralmente é realizada usando um dispositivo de calorímetro de acordo com a calorimetria de taxa acelerada (ARC).fuga térmica), a calorimetria adiabática pode fornecer muitas respostas pertinentes, inclusive a temperatura na qual as células de íons de lítio ou seus componentes podem apresentar uma reação altamente exotérmica e a pressão associada. Com a calorimetria isotérmica, as informações para o gerenciamento térmico, obtidas por meio da Fuga térmicaO descontrole térmico é a situação em que um reator químico fica fora de controle em relação à produção de temperatura e/ou pressão causada pela própria reação química. A simulação de um descontrole térmico geralmente é realizada usando um dispositivo de calorímetro de acordo com a calorimetria de taxa acelerada (ARC).fuga térmica, podem ser obtidas diretamente.

Se você desenvolve ou produz matérias-primas para baterias, projeta células e pacotes de baterias, talvez queira:

• Investigar a Fuga térmicaO descontrole térmico é a situação em que um reator químico fica fora de controle em relação à produção de temperatura e/ou pressão causada pela própria reação química. A simulação de um descontrole térmico geralmente é realizada usando um dispositivo de calorímetro de acordo com a calorimetria de taxa acelerada (ARC).fuga térmica da bateria em situações normais e abusivas
• Analisar a pressão gerada quando a célula da bateria explode no calorímetro
• Entender em que temperatura ocorre o curto-circuito interno devido à Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição dos componentes individuais
• Compreender o que acontece química e termicamente quando os curtos-circuitos internos produzem spots quente dentro da célula
• Projetar células concebidas para diminuir a probabilidade de crescimento de pontos quentes e o consumo da célula
• Projetar, select ou especificar dispositivos de segurança térmica (ou seja, respiro, CID, PTC) com base em dados de temperatura e pressão dentro de uma célula durante a Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição térmica e saber se esses dispositivos funcionam bem na redução das consequências de falhas
• Classificar células individuais com relação a seus riscos e perigos potenciais
• Executar com total segurança um teste IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico de carga/descarga sem risco de destruir o instrumento
• Reduzir a probabilidade de uma reação em cadeia de falhas nas células devido ao transporte de calor entre células adjacentes

Nossas recomendações do White Paper para você:

• White Paper: Battery Safety (thermal runaway) - Adiabatic Calorimetry for advances battery testing (versão em inglês)
• White Paper: Battery Cycling - Isothermal Calorimetry for advances battery testing (versão em inglês)