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 Download Brochure

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^®) 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:

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)

Элементы питания

The NETZSCH Group provides total solution for battery applications.

Батареи - Термический Анализ

Application Literature

Our latest blog articles

Literature

Do you have any questions?