Тестирование аккумуляторов с помощью термического анализа

В настоящее время значительные усилия направлены на создание батарейarch. Цель - найти новые материалы, позволяющие повысить плотность энергии и мощности, а также более эффективно накапливать энергию. Для этого требуется сложная аппаратура для производства и определения характеристик таких материалов, как анодные и катодные материалы, сепараторы, электролиты, пограничные слои.

Если вы разрабатываете или производите сырье для аккумуляторной промышленности, вам может понадобиться:

.

• Характеризовать нано-/аморфные/низкокристаллические материалы
• Понять поведение материалов и их стабильность в зависимости от температуры
• Провести химическую идентификацию выделяющихся газов (реакция, разложение, десорбция)
• Понимание термической стабильности сырья для батарей
• Получение фазовых превращений, фазовых диаграмм
• Получение данных о тепловых свойствах для включения в программы теплового моделирования элементов и блоков

После того как новое сырье selected, разработка электродов приводит к вопросам, связанным с их производством и использованием. На сайте NETZSCH мы предлагаем полный набор приборов для определения характеристик электродов, сепараторов, электролитов.

Если вы разрабатываете или производите компоненты аккумуляторов, вам может понадобиться:

• Охарактеризовать термомеханические свойства, такие как усадка и потеря веса при спекании и тепловом расширении
• Охарактеризовать теплопроводность электрода
• Измерить теплоемкость и теплопроводность электродов с одинаковой пористостью
• Улучшить термическую стабильность катода
• Проанализируйте тепловое поведение электрода под высоким давлением
• Выявление проблем несовместимости компонентов
• Разработка методов контроля качества для производства и масштабирования процесса

Для каждой области применения существуют свои требования к производительности и ограничения. Ни одна химия не является правильным решением для всех приложений. По мере изменения потребностей приложения и появления новых технологий может потребоваться замена компонентов. Хорошо продуманная система терморегулирования имеет решающее значение для срока службы и производительности аккумуляторных элементов. Как электрохимические устройства, батареи работают и служат в зависимости от температуры. Высокие температуры усиливают побочные реакции и разложение межфазных границ, сокращая срок службы батарей и увеличивая затраты на их замену.

libraРазработка высокоточных аккумуляторных систем зависит от точных измерений тепла, выделяемого элементами батареи во время всего диапазона циклов заряда/разряда, а также от поведения во время испытаний в условиях эксплуатации.

Если вы разрабатываете или производите аккумуляторные элементы, вам может понадобиться:

• Понять влияние конструкции элемента на производительность батареи
• Знать температуру, при которой в литий-ионных элементах или их компонентах может наблюдаться высокоэкзотермическая реакция
• Знать количество энергии, выделяемой в ходе реакции, скорость реакции и уровень давления, возникающий в результате образования газа разложения
• Оценить последствия проникновения гвоздя или испытания на раздавливание батареи

При зарядке и разрядке аккумулятора происходит выделение и поглощение тепла. Изотермическая калориметрия в сочетании с батарейными циклерами - это эффективный способ описать тепловой поток и, следовательно, проанализировать жизненный цикл батареи. Температура, скорость заряда/разряда и глубина разряда оказывают существенное влияние на срок службы элементов. Новые конструкции батарей (выбор нового материала и/или новая сборка компонентов) могут быть оценены благодаря калориметрическим измерениям. Калориметр с ускоряющейся скоростью (ARC^®), оснащенный 3D-датчиком, позволяет проводить испытания в изотермическом режиме в условиях полной безопасности для прибора и оператора.

Если вы анализируете работу батареи, вам может понадобиться:

• Собрать точные данные о тепловыделении модуля батареи
• Провести тест на заряд/разряд в условиях полной безопасности, не рискуя повредить прибор
• Понять, произошло ли ухудшение первоначальных характеристик
• Получение характеристик с течением времени для оценки влияния старения и циклического режима работы
• Оцените физические и электрохимические изменения в конструкции, которые могут привести к улучшению батарейных модулей

Когда срок службы батарей подходит к концу, их собирают, чтобы либо восстановить, либо повторно использовать в менее требовательных приложениях, либо разбирают батарею и перерабатывают каждый отдельный компонент. Батареи состоят из различных полимеров, оксидов, металлических материалов. Термический анализ является полезным инструментом определения характеристик в этой области.

Если вы занимаетесь переработкой аккумуляторов, вам может понадобиться:

.

• Оценить целесообразность физического разделения его основных компонентов
• Оценить эффективность высвобождения различных компонентов при разделении батареи на фрагменты
• Охарактеризовать каждый компонент батареи, когда она разделена на фрагменты
• Охарактеризовать нано- / аморфные / плохо кристаллизующиеся переработанные материалы
• Понять поведение материала, стабильность переработанных материалов в зависимости от температуры

Технология литий-ионных аккумуляторов предлагает множество преимуществ для использования в портативных источниках питания, но одной из главных проблем является безопасность. Разработчикам батарей нужны инструменты, которые позволят им создавать более безопасные батареи без ущерба для производительности.

Адиабатическая калориметрия с помощью схемы "наихудшего сценария" (теплового разгона) может дать множество важных ответов, включая температуру, при которой в литий-ионных элементах или их компонентах может произойти высокоэкзотермическая реакция, и соответствующее давление. С помощью изотермической калориметрии можно напрямую получить информацию для терморегулирования, полученную с помощью метода теплового выбега.

Если вы разрабатываете или производите сырье для аккумуляторов, проектируете элементы и блоки аккумуляторов, вам может понадобиться:

.

• Исследовать тепловой выбег батареи как в нормальных, так и в нештатных ситуациях
• Проанализировать давление, возникающее при взрыве элемента батареи в калориметре
• Понять, при какой температуре происходит внутреннее короткое замыкание из-за разложения отдельных компонентов
• Поймите, что происходит химически и термически, когда внутреннее короткое замыкание приводит к образованию горячих spots внутри элемента
• Разработайте ячейки, которые предназначены для уменьшения вероятности роста горячих точек и расхода ячейки
• Разрабатывать, select, или определять устройства тепловой безопасности (например, вентиляционные, CID, PTC) на основе данных о температуре и давлении внутри ячейки во время термического разложения и знать, насколько хорошо эти устройства работают для смягчения последствий отказов
• Классифицировать отдельные ячейки с точки зрения их потенциальных рисков и опасностей
• Провести в полной безопасности изотермический тест заряда/разряда без риска разрушения прибора
• Снизить вероятность цепной реакции отказов ячеек из-за переноса тепла между соседними ячейками

Наши рекомендации в Белой книге:

• Белая книга: Безопасность аккумуляторов (тепловой разгон) - адиабатическая калориметрия для перспективных испытаний аккумуляторов (английская версия)
• Белая книга: Циклирование аккумулятора - изотермическая калориметрия для передовых испытаний аккумуляторов (английская версия)