Tests sur des batteries par Analyse Thermique

Tests sur des batteries par Analyse Thermique

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Recyclage

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Elaboration des matières premières

Elaboration des matières premières

Des efforts considérables sont actuellement entrepris dans la recherche sur les batteries. L’objectif est de trouver de nouveaux matériaux capables d’une meilleure densité d’énergie et de puissance ainsi qu’un stockage de l’énergie plus efficace. Cela requiert des instruments sophistiqués pour la production et la caractérisation des matériaux pour l’anode, la cathode, les séparateurs, les électrolytes et l’enveloppe externe.

Si vous développez ou produisez des matières premières pour l’industrie des batteries, vous voulez probablement:

  • Caractériser des matériaux nano/amorphe/ faiblement cristallin
  • Comprendre le comportement et la stabilité des matériaux en fonction de la température
  • Obtenir l’identification chimique des gaz émis (réaction, décomposition, désorption)
  • Comprendre la stabilité thermique des matières premières constituant une batterie
  • Obtenir les transformations de phase, les diagrammes de phase
  • Obtenir les données des propriétés thermiques pour les inclure dans des programmes modélisant la thermique des cellules et des batteries
Composants (Anodes/Cathodes/Séparateurs)

Composants (Anodes/Cathodes/Séparateurs)

Dès que les nouvelles matières premières ont été sélectionnées, la conception des électrodes amènent des questions à propos de leurs fabrications et de leurs utilisations. Nous chez NETZSCH apportons un éventail complet d’instruments pour caractériser ces électrodes, séparateurs et électrolytes.

Si vous développez ou produisez des composants pour batterie, vous voulez probablement:

  • Caractériser les propriétés thermo mécaniques telles que le retrait et la perte de masse lors du frittage et l’expansion thermique
  • Caractériser la conductivité thermique de l’électrode
  • Mesurer la chaleur spécifique et la conductance thermique d’électrodes possédant une même porosité
  • Améliorer la stabilité thermique de votre cathode
  • Analyser le comportement thermique de l’électrode sous haute pression
  • Détecter des incompatibilités entre les composants
  • Développer des méthodes de contrôle qualité à l’échelle de la production
Conception des cellules

Conception des cellules

Chaque application a ses propres exigences en termes de performance et de contraintes. Il n’y a pas une seule bonne combinaison chimique pour toutes les applications. Des changements dans les composants seront peut-être nécessaires si les besoins de l’application changent ou si de nouvelles technologies deviennent disponibles. Un système de gestion thermique bien conçu est essentiel pour la durée de vie et la performance des cellules d’une batterie. En tant que systèmes électrochimiques, la performance et la durée de vie des batteries sont affectées par la température. Les hautes températures augmentent les réactions secondaires et la décomposition des limites interfaciales, réduisant la durée de vie et augmentant les coûts de remplacement des batteries.

Le développement de batteries calibrées avec précision est lié aux mesures précises de la chaleur générée par les cellules d’une batterie lors des cycles de charge/décharge, ainsi que le comportement lors d’essais critiques.

Si vous développez ou produisez des cellules pour batterie, vous voulez probablement:

  • Comprendre l’impact de la conception de la cellule sur la performance de la batterie
  • Connaître la température à laquelle les cellules lithium ion ou leurs composants
    peuvent dégager une réaction exothermique importante
  • Connaître la quantité d’énergie émise lors d’une réaction, la vitesse de la réaction, et l’augmentation du niveau de pression due la formation de gaz de décomposition 
  • Accéder à l’impact de la pénétration d’un ongle ou de crunch test dans une batterie  
Durée de vie

Durée de vie

Lorsqu’une batterie est chargée ou déchargée, de la chaleur est générée et absorbée. La calorimétrie isotherme en connexion avec les cycleurs pour batterie est une solution intelligente pour caractériser le flux de chaleur, et ainsi analyser la durée de vie d’une batterie. La température, le nombre de charge/décharge et la profondeur de décharge, tous ces paramètres ont chacun une influence majeure sur la durée de vie des cellules. La conception de nouvelles batteries (choix de nouveaux matériaux et/ou d’un nouvel assemblage des composants) peut être évaluée grâce aux mesures en calorimétrie. Le Calorimètre Adiabatique de Réaction (ARC) équipé d’un capteur 3D permet d’effectuer des mesures en mode isotherme en toute sécurité pour l’instrument et l’opérateur.

Si vous analysez les performances d’une batterie, vous voulez probablement:

  • Collecter des données précises concernant la chaleur créée dans la batterie 
  • Effectuer en toute sécurité un test de charge/décharge sans aucun risque de détruire l’instrument
  • Comprendre s’il y a eu des détériorations de la performance initiale 
  • Obtenir une courbe de performance en fonction du temps pour évaluer les effets du vieillissement et des cycles de charge/décharge
  • Evaluer les changements de conception physique et électrochimique permettant d’évoluer vers de meilleures batteries 
Recyclage

Recyclage

Lorsque les batteries arrivent en fin de vie, elles sont collectées afin d’être reconditionnées ou réutilisées pour des applications moins exigeantes, ou les batteries sont désassemblées et chaque composant est recyclé. Les batteries sont constituées d’assemblages de différents polymères, oxydes et matériaux métalliques. L’analyse thermique est un outil utile de caractérisation dans ce domaine.

Si vous êtes dans le domaine du recyclage des batteries, vous voulez probablement:

  • Evaluer la faisabilité de la séparation physique de ces principaux composants
  • Evaluer l’efficacité de la libération de différents composants lorsque la batterie est transformée en fragments
  • Caractériser chaque composant d’une batterie, lorsqu’elle est fragmentée
  • Caractériser les matériaux recyclés nano / amorphe / faiblement cristallin 
  • Comprendre la stabilité des matériaux recyclés en fonction de la température
Performance & Sécurité

Performance & Sécurité

La technologie des batteries lithium ion offre de nombreux avantages en termes d’application d’énergie portative mais un des critères importants est la sécurité. Les développeurs de batteries ont besoin d’outils leur permettant de concevoir des batteries sures sans compromettre leur performance.

En utilisant le schéma du "pire scénario" (emballement thermique), la calorimétrie adiabatique apporte de nombreuses réponses pertinentes, incluant la température à laquelle les cellules lithium ion ou leurs composants peuvent dégarer une réaction exothermique importante et la pression associée. Avec la calorimétrie isotherme, des informations pour la gestion thermique peuvent être obtenues directement.

Si vous développez ou produisez des matières premières pour batterie, concevez des cellules pour batterie, vous voulez probablement:

  • Etudier l’emballement thermique d’une batterie en situation normale et critique
  • Analyser la pression générée lors de l’explosion des cellules d’une batterie dans le calorimètre
  • Comprendre à quelle température un court-circuit interne se produit dû à la décomposition des composants individuels 
  • Comprendre ce qui se passe chimiquement et thermiquement lorsque des court-circuits internes produisent des points chauds dans la cellule 
  • Concevoir des cellules réduisant la probabilité de croissance des points chauds et la consommation de la cellule
  • Concevoir, sélectionner, ou définir des outils de sécurité thermique (ex. vent, CID, PTC) basés sur les données de température et de pression à l’intérieur d’une cellule lors la décomposition thermique et connaître comment ces outils aident à atténuer les conséquences des défaillances
  • Classer les cellules individuellement en fonction de leurs risques et dangers potentiels
  • Effectuer en toute sécurité un test isotherme de charge/décharge sans risque de détruire l’instrument 
  • Réduire la probabilité d’une réaction en chaîne de défaillances de cellules due au transport de la chaleur entre des cellules voisines

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