Введение
Монетный элемент - это small одиночный элемент в форме цилиндра или кнопки. Он используется во многих повседневных small портативных электронных устройствах, включая часы, калькуляторы, пульты дистанционного управления, электронные игрушки, small светодиодные фонарики и т.д. Ежегодно они производятся в огромных количествах по всему миру. Существует несколько различных типов монетных элементов, основанных на химическом составе, включая серебряный элемент, щелочной элемент, цинково-воздушный элемент и литиевый элемент. Некоторые из них не перезаряжаются, а некоторые перезаряжаются, например, литий-ионные или никель-металлогидридные. По сравнению с неперезаряжаемыми, одноразовыми элементами, перезаряжаемые элементы изначально стоят дороже, но увеличенный срок службы перезаряжаемых элементов делает их более выгодным вложением для потребителей. Кроме того, перезаряжаемые элементы меньше влияют на окружающую среду, поскольку химические вещества, используемые в аккумуляторах, часто токсичны и могут загрязнять окружающую среду. Также литий-ионные перезаряжаемые элементы обладают более высокой плотностью мощности и емкостью.
На производительность перезаряжаемых монетных элементов влияют многие параметры, включая температуру и условия циклирования. Для производителя монетных элементов очень важно знать тепловыделение во время циклов зарядки/разрядки, чтобы понять энергетическую эффективность элемента и улучшить его производительность и срок службы. Также необходимо иметь возможность исследовать безопасность всей монетоприемной ячейки при воздействии на нее высокой температуры. В данном приложении показано изотермическое циклирование литий-ионных монетных элементов в новой системе, подобной DSC, предназначенной для исследованияarcч и контроля качества монетных элементов питания.
Приборы
В качестве нового прибора используется высокотемпературный модуль монетных элементов на NETZSCH Многомодульный калориметр (MMC)Многорежимный калориметрический прибор, состоящий из базового блока и сменных модулей. Один модуль подготовлен для ускоренной калориметрии (ARC®), ARC®-Module. Второй используется для сканирующих тестов (Scanning Module), а третий связан с тестированием батарей для монетных элементов (Coin Cell Module).MMC 274 Nexus® (рис. 1). Это единственная в мире ДСК-подобная система для исследованияarcч и контроля качества батарей монетных элементов. Ключевым компонентом нового прибора является датчик (рис. 2 и 3). В нем применена инновационная конструкция дифференциального измерения на основе термобатареи для повышения чувствительности и стабильности измерения теплового потока.
Датчик рассчитан на установку целой монетной батареи в качестве образца. Внешний батарейный циклер может быть легко подключен к прибору через разъем LEMO. Изотермическое циклирование монетного элемента может быть легко выполнено при различных условиях зарядки/разрядки. Новый прибор также может выполнять ДСК-сканирование на цельном монетном элементе, что было невозможно ранее.
Результаты
В качестве образца использовалась литий-ионная монетная батарея LiR2032, а в качестве эталона - алюминиевый блок того же размера. В течение всего эксперимента элемент поддерживался при температуре 40°C. Зарядка и разрядка при постоянном токе и постоянном напряжении (CCCV) осуществлялись при 40 мА от 4,2 В до 3,0 В с помощью внешнего батарейного циклера. Было проведено несколько циклов, и данные по тепловому потоку оказались вполне воспроизводимыми. Данные показывают, что зарядка характеризуется короткой эндотермой, за которой следует экзотермическая реакция small, а разрядка характеризуется длительной экзотермической реакцией (рис. 4). Полученные данные можно легко проинтегрировать, чтобы получить электрическую энергию, поступающую или выходящую из монетного элемента, и тепло, выделяющееся при этом (рис. 5). Это делает расчет эффективности батареи простым как для процесса зарядки, так и для процесса разрядки, как показано на рис. 4. Без информации о тепловыделении, полученной с помощью калориметрического прибора HT Coin Cell, эффективность может быть только оценена.
Заключение
Новый высокотемпературный модуль для монетных ячеек на Многомодульный калориметр (MMC)Многорежимный калориметрический прибор, состоящий из базового блока и сменных модулей. Один модуль подготовлен для ускоренной калориметрии (ARC®), ARC®-Module. Второй используется для сканирующих тестов (Scanning Module), а третий связан с тестированием батарей для монетных элементов (Coin Cell Module).MMC 274 Nexus® - это специализированный калориметр для анализа монетных ячеек. Его инновационный датчик использует дифференциальный принцип для получения высококачественных данных. Датчик разработан таким образом, что в него можно поместить коммерческую батарею монетных элементов различного размера. Можно легко загрузить и выгрузить целую батарею монетных элементов. Гибкое программное обеспечение позволяет использовать как изотермический, так и сканирующий режимы для полной характеристики монетного элемента. Благодаря этому новому прибору можно получить точную информацию о тепловом потоке во время зарядки/разрядки при различных условиях. Эффективность батареи может быть рассчитана непосредственно с учетом общего количества тепла, выделяемого во время зарядки или разрядки. Эта информация очень полезна для разработчиков батарейarc, чтобы получить представление о химическом составе батареи внутри элемента и понять ее производительность.