Материалы / Применение

Элементы питания

Для развития производства самых различных типов элементов питания играет большую роль - знания термических свойств, оценка безопасности и максимального срока эксплуатации.

Главные технические требования, распространяющиеся на современные Элементы питания - это долгий режим работы без подзарядки, множество полных циклов зарядки и разрядки и сохранение запасенной электроэнергии. С помощью современных методов термоанализа и калориметрии можно выбрать и оптимизировать материалы для анода, катода, электролитов, разделителей и оптимизировать полностью ячейку элемента питания. Три компонента элемента питания (анод, катод, электролит) одновременно могут повлиять на термическую нестабильность элемента питания. Напряжение ячейки элемента питания дополнительно усиливает термическую неустойчивость. Метод калориметрии – это лучшее решение для проверки новых элементов питания, собранных из ячеек (например, ионно-литиевые), на термическую безопасность и эксплутационные характеристики. Реакционный калориметр позволяет не только проанализировать эффективность цикла жизни и работы элемента питания, но также тестировать в режимах с нарушением условий эксплуатации (короткое замыкание, перенапряжение, тесты на разрушение).

В итоге может быть проведен полный цикл анализа работоспособности новых элементов питания - от тестирования материалов батареи, проекта ячейки, тестов на разрушение, к рециркуляции.

NETZSCH - единственный поставщик решений для каждого из этих этапов.

The NETZSCH Group provides total solution for battery applications.

visit energy.NETZSCH.com Mailing Service Registration

Батареи - Термический Анализ

Выберите Ваш метод исследования согласно Вашим задачам:

	ДСК	ТГ	CTA	АВГ	ДИЛ	LFA	Multiple Module Calorimeter (MMC)A multiple mode calorimeter device consisting of a base unit and exchangeable modules. One module is prepared for accelerating rate calorimetry (ARC), the ARC-Module. A second one is used for scanning tests (Scanning Module) and a third one is related to battery testing for coin cells (Coin Cell Module).MMC	Адиабатическая реакционная калориметрия (ARC)The method describing isothermal and adiabatic test procedures used to detect thermally exothermic decomposition reactions.ARC^®
Исходные материалы	+++	+++	+++	+++	+	+	n.a.	n.a.
Компоненты (Аноды / Катоды / Разделители)	+++	+	++	+	+++	+++	++	+
Проектирование ячейки	n.a.	n.a.	n.a.	n.a.	n.a.	+++	n.a.	+++
Производительность и безопасность	+++	+	+++	+++	n.a.	n.a.	+++	++
Жизненный цикл	n.a.	n.a.	n.a.	n.a.	n.a.	n.a.	n.a.	+++
Рециркуляция	+++	+++	+++	+++	+++	n.a.	n.a.	++

В настоящее время на исследования в области производства батарей затрачивают колоссальные усилия. Целью исследований является поиск новых материалов, которые обеспечат лучшие характеристики по энергии и плотности мощности, наряду с более эффективным хранением энергии. Для производства и описания материалов, которые идут на производство анодов и катодов, сепараторов, электролитов, пограничных слоев требуются профессиональные приборы.

Вам могут быть интересны следующие возможности, если вы разрабатываете или производите сырьевые материалы для производства батарей:

Определение характеристик нано-, аморфно- и слабо-кристаллических материалов после переработки
Получение представления о поведении и стабильности материалов в зависимости от температуры
Химическая идентификация выделяющихся газов (при реакциях разложения и десорбции)
Получение понимания о термической стабильности сырья батарей
Получение данных о фазовых превращениях и построение фазовых диаграмм
Получение данных о термических свойствах, требуемых программами по термическому моделированию ячеек и блоков

Для каждой области применения батарей с одной стороны существуют свои определенные ограничения, а с другой стороны — требования к производительности батарей. С точки зрения химии не существует идеальной батареи, одинаково подходящей для всех областей применения. Изменения конструкции компонентов могут быть вызваны, как изменением области применения, так и появлением новых технологий. Для хорошо разработанной системы термического управления, в первую очередь, важны срок службы и производительность ячеек батареи. Так как батареи являются электрохимическими устройствами, то эти показатели зависят от температуры. Высокие температуры увеличивают число побочных реакций, что вызывает разложение границ раздела, а это приводит к сокращению срока службы и повышению издержек на замену.

Разработка точно откалиброванных систем батарей основана на точных измерениях теплоты, генерируемой ячейками батареи во время полных циклов зарядка/разрядка, и при тестовом нагружении.

Вам могут быть интересны следующие возможности, если вы разрабатываете или производите ячейки батарей:

Получение понимания о влиянии конструкции ячейки на производительность батареи
Определение температуры при которой происходит высокоэкзотермическая реакция в литий-ионной ячейке или ее компонентах
Определение суммарной энергии, выделяющейся во время реакции, скорость реакции и уровни давления, возникающие в результате разложения образующегося газа
Оценка вклада при вбивании гвоздя в батарею или при тестировании на разрушение

При зарядке или разрядке батарей происходит соответственно выделение или поглощение тепла. Применение изотермической калориметрии и циклического нагружения батареи является разумным средством для определения теплового потока, а как следствие, дает возможность охарактеризовать жизненный цикл батареи. Каждый из следующих параметров оказывает существенное влияние на срок службы ячеек: температура, скорости зарядки/разрядки и степень разряжения. Благодаря калориметрическим измерениям все новые конструкции батарей (с применением новых материалов и/или нового расположения компонентов) можно оценить соответствующим образом. Реакционный калориметр (ARC^®) с 3D сенсором позволяет производить тестирование элементов питания в изотермическом режиме. В ходе измерений оператор находится в полной безопасности. Работа на реакционных калориметрах (Модуль ARCA calorimeter module being part of the Multiple Module Calorimeter (MMC) allowing for HWS tests according to accelerated rate calorimetry (ARC).ARC^®) экологически безопасна.

Вам могут быть интересны следующие возможности, если вы анализируете производительность батарей:

Сбор точных данных о выделении (генерации) теплоты от модуля батарей
Осуществление абсолютно безопасного теста по изотермической зарадке/разрядке (риска разрушения прибора нет)
Определение происходит ли снижение производительности от исходного значения?
Получение количественных данных о производительности в зависимости от времени, для оценки эффектов старения и цикличности использования

Оценка изменений конструкции и электрохимической схемы, которые могут привести к улучшению модулей батарей

Литий-ионные батареи обладают рядом преимуществ по сравнению с другими портативными элементами питания. Одной из основных задач производства литий-ионных батарей остается повышение их безопасности. Производителям необходимы инструменты, которые помогут в создании более безопасных батарей без снижения их производительности.

С помощью адиабатической калориметрии можно получать полезную информацию о безопасности батарей, например, применяя схему тестирования «наихудший сценарий» (создание и исследование термически неуправляемой реакции). В ходе этого эксперимента можно узнать температуру литий-ионных ячеек или их компонентов, при которой происходит высоко-экзотермическая реакция, сопровождающаяся резким повышением давления. Используя изотермическую калориметрию, а именно схему «наихудшего сценария», можно напрямую получать информацию по термическому управлению.
Вам могут быть интересны следующие возможности, если вы разрабатываете или производите материалы для батарей, конструируете элементы батарей и аккумуляторов:

Исследование термического поведения батарей под нагрузкой и без нее
Анализ давления, возникающего при взрыве ячейки аккумулятора в калориметре
Определение температуры разложения отдельных компонентов, при котором происходит внутреннее короткое замыкание (КЗ)
Определение химических и термических процессов, происходящих при появлении точек нагрева в ячейке при КЗ
Разработка новых конструкций ячеек с пониженным энергопотреблением и малой вероятностью возникновения точек нагрева
Проектирование, выбор или определение термической безопасности устройств (например, теплоотводов, УЗО, систем терморегулирования) по данным о температуре и давлении внутри ячейки в условиях термического разложения. Определение устойчивости этих устройств к последствиям аварийного выхода из строя.
Классификация отдельных ячеек по потенциальным рискам и угрозам
Проведение абсолютно безопасных тестов по изотермической зарядке/разрядке (риска разрушения прибора нет)
Сокращение вероятности цепной реакции при выходе из строя ячейки по причине теплообмена между соединенными ячейками

Наши научно-исследовательские рекомендации для вас:

Статья: Безопасность батарей (термическая неуправляемая реакция) – Адиабатическая Калориметрия для тестирования батарей на новом уровне (версия на английском языке)
Статья: Тестирование батарей в цикле – Изотермическая Калориметрия для тестирования батарей на новом уровне (версия на английском языке)

Literature

Application Literature

Our experts will be happy to help you.

Элементы питания

The NETZSCH Group provides total solution for battery applications.

Батареи - Термический Анализ

Literature

Application Literature

Method

Language

Do you have any questions?