Estudio de Baterías mediante Análisis Térmico

Estudio de Baterías mediante Análisis Térmico

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Batería de Materias Primas

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Batería de Materias Primas

Batería de Materias Primas

Se están dirigiendo considerables esfuerzos a la investigación de la batería. El objetivo es encontrar nuevos materiales que permitan una mejor energía y densidad de potencia, así como un almacenamiento de energía más eficiente. Esto requiere de instrumentos sofisticados para la producción y caracterización de materiales, como los materiales del ánodo y el cátodo, separadores, electrolitos, capas límite.

Si desarrolla o produce materias primas para la industria de la batería, es posible que desee:

  • Caracterizar nano/amorfo/ los materiales cristalinos
  • Entender el comportamiento del material y la estabilidad de los materiales en función de la temperatura
  • Obtener la identificación química de los gases desprendidos (reacción, descomposición, desorción)
  • Comprender la estabilidad térmica de la batería de materias primas
  • Obtener transformaciones de fase, diagramas de fase
  • Obtener datos de propiedad térmica para su inclusion en los programas de modelado térmico de celdas y paquetes
Componentes (Ánodos/Cátodos/Separadores)

Componentes (Ánodos/Cátodos/Separadores)

Una vez que nuevas materias primas han sido seleccionadas, el diseño de los electrodos conduce a preguntas relacionadas con su fabricación y uso. En NETZSCH te traemos un conjunto completo de instrumentos para caracterizar los electrodos, separadores, electrolitos.

Si usted desarrolla o produce componentes de baterías, es posible que desee:

  • Caracterizar las propiedades termo mecánicas, tales como la contracción y pérdida de peso durante la sinterización y la expansión térmica
  • Caracterizar la conductividad térmica del electrodo
  • Medir la capacidad calorífica y conductividad térmica de los electrodos de la misma porosidad
  • Mejorar la estabilidad térmica del cátodo
  • Analizar el comportamiento térmico del electrodo a alta presión
  • Detectar problemas de incompatibilidad entre los componentes
  • Desarrollo de métodos de garantía de calidad para fabricación y escalado de proceso
Diseño de Celda

Diseño de Celda

Cada aplicación tiene diferentes requisitos de rendimiento y limitaciones. No hay una sola química que sea la solución correcta para todas las aplicaciones. Se pueden requerir cambios en los componentes en función de las necesidades de los cambios de aplicación y de la aparición de nuevas tecnologías. Un sistema bien diseñado de gestión térmica es fundamental para la vida y el rendimiento de las celdas de la batería. Como dispositivos electroquímicos, el rendimiento y la vida de las baterías se ven afectados por la temperatura. Las altas temperaturas aumentan las reacciones secundarias y la descomposición de los límites de la interfase, acortando la vida de la batería y aumentando el coste de reemplazo de la batería.

El desarrollo de sistemas de baterías calibradas con precisión está basado en mediciones precisas del calor generado por las celdas de la batería durante toda la serie de ciclos de carga/descarga, así como el comportamiento durante las pruebas de abuso.

Si usted desarrolla o produce celdas de batería, es posible que desee:

  • Comprender el impacto del diseño de la celda en el rendimiento de la batería
  • Conocer la temperatura a la cual las celdas de iones de litio o sus componentes pueden presentar una reacción fuertemente exotérmica
  • Saber la cantidad de energía liberada durante una reacción, la velocidad de la reacción y los niveles de presión que surgen como resultado de de los gases de descomposición
  • Evaluar las pruebas de penetración y de impacto en una batería  
Ciclo de Vida

Ciclo de Vida

Cuando una batería está cargada o descargada, se genera y se absorbe calor. La calorimetría isotérmica, con respecto a los ciclos de la batería, es una manera inteligente para caracterizar el flujo de calor, y por lo tanto, para analizar el ciclo de vida de la batería. La temperatura, el porcentaje de carga/descarga y la profundidad de descarga tienen, cada uno, una gran influencia en el ciclo de vida de las celdas. Nuevos diseños de batería (elección de nuevos materiales y/o montaje de nuevos componentes) pueden ser evaluados gracias a medidas de calorimetría. El Calorímetro de Aceleración de Ratio (ARC), equipado con un sensor 3D, permite realizar pruebas en un modo isotérmico con total seguridad para el instrumento y el operador.

Si quiere analizar el rendimiento de una batería, es posible que desee:

  • Recopilar datos precisos de la generación de calor del módulo de la batería
  • Ejecutar con total seguridad una prueba de carga/descarga sin tener el riesgo de destruir el instrumento
  • Entender si ha habido algún deterioro en el rendimiento original 
  • Obtener detalles de las prestaciones en el tiempo para evaluar los efectos de envejecimiento y ciclado
  • Evaluar los cambios de diseño físico y electroquímico que podrían llevar a mejores módulos de batería 
Reciclaje

Reciclaje

Cuando las baterías han alcanzado su fin, son recogidas para ser reacondicionadas o reutilizadas en aplicaciones menos exigentes o para ser desmontadas, reciclando cada componente. Las baterías están construidas con elementos de diferentes polímeros, óxidos, materiales metálicos. En análisis térmico es una herramienta de caracterización útil en este campo.

Si está en el negocio del reciclaje de baterías, es posible que desee:

  • Evaluar la viabilidad de la separación física de sus principales componentes
  • Evaluar la eficacia de la liberación de los diferentes componentes cuando la batería se convierte en fragmentos
  • Caracterizar cada uno de los componentes de la batería cuando se fragmenta
  • Caracterizar nano / amorfo / poco cristalino de los materiales reciclados
  • Entender el comportamiento material de la estabilidad de los materiales reciclados en función de la temperatura
Rendimiento & Seguridad

Rendimiento & Seguridad

La tecnología de baterías de iones de litio ofrece muchas ventajas en el uso de energía portátil, pero la seguridad es una de las principales preocupaciones. Los desarrolladores de baterías necesitan herramientas que les permitan diseñar baterías más seguras sin comprometer el rendimiento.

Considerando el “peor de los escenarios” (fuga térmica), la calorimetría adiabática permite suministrar muchas respuestas pertinentes, incluyendo la temperatura a la cual las celdas de iones de litio o sus componentes pueden exhibir una reacción altamente exotérmica y la presión asociada. Con la calorimetría isotérmica, la información de la gestión térmica se puede obtener directAmente.

Si usted desarrolla o produce materias primas para baterías, diseña celdas de baterías y paquetes, es posible que desee:

  • Investigar la fuga térmica de la batería tanto en situaciones normales como abusivas
  • Analizar la presión generada cuando la celda de la batería explota en el calorímetro
  • Entender a qué temperatura se produce un cortocircuito interno, debido a la descomposición de los componentes individuales
  • Entender lo que ocurre químicamente y térmicamente cuando los cortocircuitos internos producen puntos calientes dentro de la celda
  • Diseñar celdas que disminuyan la probabilidad de crecimiento de puntos calientes y consumición de la celda
  • Diseñar, seleccionar o especificar los dispositivos de seguridad térmica (es decir, de ventilación, CID, PTC) en base a los datos de temperatura y presión dentro de una celda durante la descomposición térmica y saber lo bien que estos dispositivos trabajan en la mitigación de las consecuencias de los fallos
  • Clasificar las celdas individuales en cuanto a sus posibles riesgos y peligros
  • Ejecutar con total seguridad una carga isotérmica/prueba de descarga sin riesgo de destruir el instrumento 
  • Reducir la probabilidad de una reacción en cadena de fallos de celdas debido al calor de transporte entre las celdas adyacentes

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