Batteritestning med hjälp av termisk analys

För närvarande läggs stora resurser på batteriforskning. Målet är att hitta nya material som möjliggör bättre energi- och effekttäthet samt effektivare energilagring. Detta kräver sofistikerade instrument för produktion och karakterisering av material som anod- och katodmaterial, separatorer, elektrolyter och gränsskikt.

Om du utvecklar eller producerar råmaterial för batteriindustrin kanske du vill:

• Karakterisera nano-/amorfa/svårkristallina material
• Förstå materialbeteende och materialstabilitet som en funktion av temperaturen
• Få kemisk identifiering av utvecklade gaser (reaktion, NedbrytningsreaktionEn sönderdelningsreaktion är en termiskt inducerad reaktion av en kemisk förening som bildar fasta och/eller gasformiga produkter. sönderdelning, desorption)
• Förstå Termisk stabilitetEtt material är termiskt stabilt om det inte sönderdelas under påverkan av temperatur. Ett sätt att bestämma den termiska stabiliteten hos ett ämne är att använda en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet hos batteriråvaror
• Erhålla fasomvandlingar, fasdiagram
• Erhålla data om termiska egenskaper för att inkludera i program för termisk modellering av celler och förpackningar

När nya råmaterial har valts ut leder utformningen av elektroder till frågor som rör tillverkning och användning av dem. Vi på NETZSCH har en komplett uppsättning instrument för att karakterisera dessa elektroder, separatorer och elektrolyter.

Om du utvecklar eller tillverkar batterikomponenter kanske du vill:

• Karakterisera termomekaniska egenskaper som krympning och viktförlust under SintringSintring är en tillverkningsprocess för att forma en mekaniskt stark kropp av ett keramiskt eller metalliskt pulver. sintring och termisk expansion
• Karakterisera värmeledningsförmågan hos elektroden
• Mäta värmekapaciteten och värmeledningsförmågan hos elektroder med samma porositet
• Förbättra den termiska stabiliteten hos din katod
• Analysera elektrodens termiska beteende under högt tryck
• Upptäck problem med inkompatibilitet mellan komponenter
• Utveckla QC-metoder för tillverkning och uppskalning av processer

Varje applikation har olika prestandakrav och begränsningar. Det finns inte en enda kemi som är rätt lösning för alla applikationer. Det kan bli nödvändigt att byta ut komponenter i takt med att applikationens behov förändras och ny teknik blir tillgänglig. Ett väl utformat system för termisk hantering är avgörande för battericellernas livslängd och prestanda. Batterier är elektrokemiska enheter och deras prestanda och livslängd påverkas av temperaturen. Höga temperaturer ökar sidoreaktionerna och nedbrytningen av gränsytorna, vilket förkortar batteriets livslängd och ökar kostnaderna för batteribyte.

Utvecklingen av exakt kalibrerade batterisystem är beroende av noggranna mätningar av den värme som genereras av battericellerna under alla laddnings- och urladdningscykler samt av hur de beter sig under missbrukstester.

Om du utvecklar eller tillverkar battericeller kan det vara bra att:

• Förstå cellkonstruktionens inverkan på batteriets prestanda
• Känna till den temperatur vid vilken litiumjonceller eller deras komponenter kan uppvisa en mycket ExotermEn provövergång eller en reaktion är exoterm om värme genereras.exoterm reaktion
• Känna till mängden energi som frigörs under en reaktion, reaktionens hastighet och de trycknivåer som uppstår till följd av den bildade sönderdelningsgasen
• Bedöma effekterna av en spikpenetration eller krossningsprovning i batteriet

När ett batteri laddas eller urladdas genereras och absorberas värme. Isotermisk kalorimetri i samband med battericyklrar är ett smart sätt att kartlägga värmeflödet och därmed analysera batteriets livscykel. Temperatur, laddnings-/urladdningshastighet och urladdningsdjup har alla stor inverkan på cellernas livslängd. Nya batteridesigner (val av nytt material och/eller ny sammansättning av komponenter) kan utvärderas tack vare kalorimetrisk mätning. Accelerating Rate Calorimeter (ARC^®) som är utrustad med en 3D-sensor möjliggör testning i IsotermisktTester vid kontrollerad och konstant temperatur kallas isotermiska.isotermiskt läge med fullständig säkerhet för instrumentet och operatören.

Om du analyserar ett batteris prestanda kanske du vill:

• Samla in exakta värmeproduktionsdata från batterimodulen
• Köra ett laddnings-/urladdningstest på ett säkert sätt utan att riskera att förstöra instrumentet
• Förstå om det har skett någon försämring av den ursprungliga prestandan
• Få en prestandasignatur över tid för att utvärdera effekterna av åldrande och cykling
• Utvärdera fysiska och elektrokemiska designförändringar som kan leda till bättre batterimoduler

När batterierna har nått slutet av sin livslängd samlas de in för att antingen rekonditioneras eller återanvändas i mindre krävande applikationer, eller så demonteras batteriet och varje enskild komponent återvinns. Batterier är uppbyggda av olika polymerer, oxider och metalliska material. Termisk analys är ett användbart karaktäriseringsverktyg inom detta område.

Om du arbetar med batteriåtervinning kanske du vill göra följande:

• Utvärdera genomförbarheten av fysisk separation av dess huvudkomponenter
• Utvärdera effektiviteten i frigörandet av olika komponenter när batteriet omvandlas till fragment
• Karakterisera varje komponent i batteriet, när det är fragmenterat
• Karakterisera de återvunna materialen i nanoform/amorf/svagt kristallin form
• Förstå materialbeteendet hos de återvunna materialens stabilitet som en funktion av temperaturen

Litiumjonbatteritekniken erbjuder många fördelar i portabla kraftapplikationer, men ett stort problem är säkerheten. Batteriutvecklare behöver verktyg som gör det möjligt för dem att konstruera säkrare batterier utan att kompromissa med prestandan.

Med hjälp av ett "worst case scenario" (Termisk rusningEn termisk flykt är en situation där en kemisk reaktor är utom kontroll med avseende på temperatur- och/eller tryckutveckling som orsakas av själva den kemiska reaktionen. Simulering av en termisk rusning utförs vanligtvis med hjälp av en kalorimeteranordning enligt accelerated rate calorimetry (ARC).termisk rusning) kan AdiabatiskAdiabatiskt beskriver ett system eller mätläge utan någon värmeväxling med omgivningen. Detta läge kan realiseras med hjälp av en kalorimeteranordning enligt metoden för accelererande hastighetskalorimetri (ARC). Huvudsyftet med en sådan anordning är att studera scenarier och termiska flyktreaktioner. En kort beskrivning av det adiabatiska läget är "ingen värme in - ingen värme ut".adiabatisk kalorimetri ge många relevanta svar, inklusive den temperatur vid vilken litiumjonceller eller deras komponenter kan uppvisa en mycket ExotermEn provövergång eller en reaktion är exoterm om värme genereras.exoterm reaktion och det tillhörande trycket. Med IsotermisktTester vid kontrollerad och konstant temperatur kallas isotermiska.isotermisk kalorimetri kan information för termisk hantering, som erhålls med hjälp av termisk runaway, erhållas direkt.

Om du utvecklar eller producerar råmaterial för batterier, konstruerar battericeller och batteripaket kan du vilja:

• Undersöka batteriets termiska rusning i både normala och svåra situationer
• Analysera trycket som genereras när battericellen exploderar i kalorimetern
• Förstå vid vilken temperatur intern kortslutning uppstår på grund av nedbrytning av de enskilda komponenterna
• Förstå vad som händer kemiskt och termiskt när interna kortslutningar ger upphov till heta punkter i cellen
• Konstruera celler som är utformade för att minska sannolikheten för tillväxt av heta punkter och förbrukning av cellen
• Konstruera, select, eller specificera termiska säkerhetsanordningar (t.ex. ventil, CID, PTC) baserat på temperatur- och tryckdata inuti en cell under termisk nedbrytning och veta hur väl dessa anordningar fungerar för att mildra konsekvenserna av fel
• Klassificera enskilda celler med avseende på deras potentiella risker och faror
• Genomföra ett IsotermisktTester vid kontrollerad och konstant temperatur kallas isotermiska.isotermiskt laddnings-/urladdningstest under full säkerhet utan risk för att instrumentet förstörs
• Minska sannolikheten för en kedjereaktion av cellfel på grund av värmetransport mellan angränsande celler

Våra rekommendationer i White Paper för dig:

• Vitbok: Batterisäkerhet (Termisk rusningEn termisk flykt är en situation där en kemisk reaktor är utom kontroll med avseende på temperatur- och/eller tryckutveckling som orsakas av själva den kemiska reaktionen. Simulering av en termisk rusning utförs vanligtvis med hjälp av en kalorimeteranordning enligt accelerated rate calorimetry (ARC).termisk rusning) - AdiabatiskAdiabatiskt beskriver ett system eller mätläge utan någon värmeväxling med omgivningen. Detta läge kan realiseras med hjälp av en kalorimeteranordning enligt metoden för accelererande hastighetskalorimetri (ARC). Huvudsyftet med en sådan anordning är att studera scenarier och termiska flyktreaktioner. En kort beskrivning av det adiabatiska läget är "ingen värme in - ingen värme ut".Adiabatisk kalorimetri för avancerade batteritester (engelsk version)
• Vitbok: Battericykling - Isotermisk kalorimetri för avancerade batteritester (engelsk version)