Батареи - Термический Анализ

Батареи - Термический Анализ

Выберите Ваш метод исследования согласно Вашим задачам:


ДСК

ТГ

СТА

АВГ

ДИЛ

LFA

MMC

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.

++

Исходные материалы

Исходные материалы

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
Компоненты (Аноды, Катоды, Сепараторы)

Компоненты (Аноды, Катоды, Сепараторы)

После выбора сырьевых материалов, при разработке электродов возникают вопросы связанные с их производством и использованием.  Компания NETZSCH предлагает полный набор приборов, которые позволяют определять характеристики электродов, сепараторов и электролитов.

Вам могут быть интересны следующие возможности,  если вы разрабатываете или производите компоненты батарей:

  • Получение термомеханических свойств, таких как усадка и потеря массы во время спекания и термического расширения
  • Определение теплопроводности электрода
  • Измерение теплоемкости и теплопроводности электродов с одинаковой пористостью
  • Улучшение термической стабильности катода
  • Анализ термического поведения электрода под давлением
  • Определение проблем несовместимости между компонентами
  • Разработка квазиконтиниумных ( QC) методов для производства и масштабирования процессов до промышленных размеров
Проектирование ячейки

Проектирование ячейки

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  
Жизненный цикл

Жизненный цикл

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) с 3D сенсором позволяет производить тестирование элементов питания в изотермическом режиме. В ходе измерений оператор находится в полной безопасности. Работа на реакционных калориметрах (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

Переработка (Рециклинг)

Переработка (Рециклинг)

По окончании срока службы батареи собирают для восстановления, или повторного использования в более мягких условиях, или их разбирают, а каждый компонент перерабатывают отдельно.  Батареи встраиваются в сборку со следующими материалами: полимерами, оксидами и металлами. Поэтому термический анализ является незаменимым инструментом исследования перерабатываемых материалов.

Вам могут быть интересны следующие возможности, если вы занимаетесь переработкой батарей:  

  • Оценка физической возможности разделения основных компонентов
  • Оценка эффективности выделения различных компонентов, когда батарею разбирают на фрагменты
  • Определение характеристик компонентов батареи после их разделения
  • Определение характеристик нано-, аморфно- и слабо-кристаллических материалов после переработки
  • Получение данных о стабильности поведения переработанных материалов в зависимости от температуры
Сочетание производительности и безопасности батарей

Сочетание производительности и безопасности 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:

  • Исследование термического поведения батарей под нагрузкой и без нее
  • 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: