Giriş
Lityum iyon madeni para hücresi giderek daha popüler hale geliyor. Daha yüksek güç yoğunluğu ve kapasite sunar ve şarj edilebilir. Zaman, sıcaklık ve çevrim yükünün bir fonksiyonu olarak hücre içinde birçok karmaşık kimyasal ve fiziksel değişiklik vardır. Bu fizikokimyasal değişimler sırasında açığa çıkan veya emilen ısı miktarı ve madeni para hücresi içindeki enerji değişim oranı, hücre kimyası hakkında ek bilgi sağlar ve pil geliştirme sürecini hızlandırabilir.
Madeni para hücrelerinin ısıtılması ve ayrışmanın dikkatle izlenmesi sadece güvenlik konusunda değil, hücre içinde oluşumların nasıl gerçekleştiğinin anlaşılması konusunda da bilgi sağlar. Örneğin, hücre ayrışmasının ilk ısı işaretlerinden biri olarak solidelektrolit ara fazının (SEI) ayrışması açıkça görülebilir. Sıcaklık, enerji ve enerji salınım hızı doğru bir şekilde ölçülerek SEI oluşumunun gücü değerlendirilebilir; Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma zirvesi larger ne kadar yüksekse SEI katmanında o kadar fazla enerji depolanır.
Hücre malzemesinin DSC testi, doğal olarak daha güvenli hücreler yapmak ve geliştirmeyi iyileştirmek için kanıtlanmış bir yoldur. Hücre içindeki ana EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma olaylarının net başlangıç sıcaklıklarının elde edilmesi, bu ayrışmaların kinetiğinin daha yüksek sıcaklıklarda ölçülmesi, dahili kısa devre veya sıcak sp'ye maruz kalan farklı hücre kimyalarının davranışını anlamak için çok önemlidirots. Daha sağlam kimyasalların tasarlanması, saha arızalarıyla ilişkili risk ve tehlikelerin önlenmesi veya azaltılması için önemli bir yoldur. Small Bu geliştirme aşamasındaki yatırımlar, daha sonra ürün ömrü boyunca large finansal faydalar sağlayabilir.
Bu tür bir DSC testi daha önce bir madeni para hücresinden hücre malzemesi çıkarılarak ve test geleneksel bir DSC'de yapılarak gerçekleştiriliyordu. Şimdi NETZSCH adresindeki yeni yüksek sıcaklık madeni para hücre modülünün ortaya çıkmasıyla, DSC taraması bütün bir madeni para hücre pil üzerinde yerinde yapılabilmektedir. Bu uygulama notu, ilk kez ticari bir lityum iyon madeni para hücreli pilin oda sıcaklığından 300°C'ye kadar DSC taramasını göstermektedir.
Enstrümantasyon
Kullanılan yeni cihaz, NETZSCH Çoklu Modül Kalorimetresi (MMC)Bir ana ünite ve değiştirilebilir modüllerden oluşan çok modlu bir kalorimetre cihazı. Modüllerden biri hızlandırma oranı kalorimetrisi (ARC), ARC-Modülü için hazırlanmıştır. İkincisi tarama testleri için kullanılır (Tarama Modülü) ve üçüncüsü madeni para hücreleri için pil testi ile ilgilidir (Madeni Para Hücresi Modülü).MMC 274 Nexus® (şekil 1) üzerindeki yüksek sıcaklıklı madeni para hücresi modülüdür. Dünyada madeni para pillerinin kalite kontrolü vearch araştırması için DSC benzeri tek sistemdir. Bu yeni cihazın temel bileşeni sensördür (şekil 2 ve 3). Isı akışı ölçümünde gelişmiş hassasiyet ve kararlılık için termopillere dayalı yenilikçi bir diferansiyel ölçüm tasarımına sahiptir. Standart veya prototip madeni para pillerini numune veya referans olarak tutacak şekilde tasarlanmıştır. Harici pil döngüleyici, tak ve çalıştır LEMO konnektörü aracılığıyla cihaza kolayca bağlanabilir. Bozuk para hücresinin İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal döngüsü, çeşitli şarj/deşarj koşulları altında kolayca gerçekleştirilebilir. Yeni sağlam cihaz, daha önce mümkün olmayan bütün bir madeni para hücresi üzerinde DSC taraması da yapabilmektedir.
Sonuçlar
HT Coin Cell Modülü kullanılarak ticari bir lityum iyon madeni para hücresi LiR2032'nin oda sıcaklığından 300°C'ye kadar DSC taraması 1K/dak hızında gerçekleştirilmiştir. Şekil 4 ısı akışı sonucudur. Bu, dünyada bu türden ilk veri parçasıdır. Isıtma üzerine madeni para hücresinin parçalanması sırasında çoklu reaksiyonları göstermektedir. EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.Ekzotermik SEI ayrışmasını separatörün yaklaşık 130°C'de erimesinin izlediği açıktır (keskin EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik olay). Bu endoterm, elektrolit ve lityum arasındaki reaksiyonla neredeyse eş zamanlı olarak gerçekleşir. Elektrolitin ayrışması ve lityum ile bağlayıcı arasındaki reaksiyon daha yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir.
Bu sonuç, farklı hücre bileşenlerinin yayınlanmış DSC simülasyonu ile uyumludur (Şekil 5) [1]. Şekil 6, madeni para hücresinin testten önceki ve sonraki halini göstermektedir. Hücre, beklendiği gibi yüksek sıcaklık nedeniyle açıkça parçalanmıştır. Ancak HT madeni para hücresi sensörü sağlam tasarımı sayesinde bozulmamıştır.
Sonuç
NETZSCH Çoklu Modül Kalorimetresi (MMC)Bir ana ünite ve değiştirilebilir modüllerden oluşan çok modlu bir kalorimetre cihazı. Modüllerden biri hızlandırma oranı kalorimetrisi (ARC), ARC-Modülü için hazırlanmıştır. İkincisi tarama testleri için kullanılır (Tarama Modülü) ve üçüncüsü madeni para hücreleri için pil testi ile ilgilidir (Madeni Para Hücresi Modülü).MMC 274 Nexus® adresindeki yeni HTMadeni Para Hücresi ModülüÇoklu Modül Kalorimetresinin (MMC) bir parçası olan bir kalorimetre modülü, değişken boyuttaki tam bobinlerin tarama ve izotermal testlerine izin verir. DSC benzeri ikiz tasarım, bir ısıtma rampası veya pillerin şarj edilmesi ve boşaltılması sırasında ısı imzasının diferansiyel bir sinyalini verir. Bozuk Para Hücresi Modülü, bozuk para hücresi pilleri için yeni bir fırsat yarattıarch. Yenilikçi bir şekilde tasarlanan sensör, bütün bir madeni para hücresi testini mümkün kılıyor. Artık bir madeni para hücresinde 300°C'ye kadar DSC taraması yapılabilir. Hücre parçalanması sırasında birden fazla olay tespit edilebilir. Bu tür bilgiler, pil bilimcilerinin hücre yüksek sıcaklığa veya dahili kısa devreye maruz kaldığında ne olacağını anlamalarına yardımcı olacak, böylece daha yüksek performanslı ve daha iyi güvenlikli hücreler tasarlayabileceklerdir.