Eine Zelle ist die kleinste gepackte Form, die eine Batterie haben kann. Lithium-Ionen-Batteriezellen können vier Formate haben: zylindrische, prismatische, Pouch- und Knopfzelle. Die ersten drei Formate werden in Produkten eingesetzt, während die Knopfzelle typischerweise nur zu Forschungszwecken eingesetzt wird. Das Testen von Batteriezellen ist ein wichtiger Schritt bei der Optimierung des Batteriedesigns und der Batteriekomponenten, bevor diese in größere Module und Batteriepacks integriert werden. Informationen dazu, wie sich die einzelnen Komponenten auf die Zellleistung auswirken, finden Sie bei unseren analytischen Testlösungen für Kathode, Anode und Separator.
Batterieforscher müssen die Effizienz einer Zelle sowie die Zersetzung während der Zyklen bestimmen. Durch Kombination von isothermischer Mikrokalorimetrie (IMC, Isothermal Microcalorimetry) und einem Cycler oder Potentiostaten lassen sich wichtige Einblicke in Bezug auf die Vorhersage der Lebensdauer, Einstufung der Leistung und Bewertung des Wärmemanagements gewinnen.
Die Batteriecycler-Mikrokalorimeter-Lösung von TA Instruments bietet den höchsten Durchsatz und ist eine integrierte und empfindliche Lösung zur Optimierung Ihrer Batterietests, die die Zeitdauer Ihrer Experimente von Monaten auf Wochen verkürzt, um Daten zu gewinnen, die oft wiederholt werden müssen.
Geräte und Testparameter
Batteriecycler-Mikrokalorimeter-Lösung
- Einstufung der Zellleistung
- Vorhersage der Lebensdauer
- Nachweis parasitärer Reaktionen
- Wärmemanagement
- Phasenänderung und erste Zyklusreaktionen
Anwendungsbeispiele
Kalorimetrischer Test von vollständigen Batteriezellen im Betrieb
Die in einer Batterie stattfindenden elektrochemischen Prozesse erhöhen den Wärmeaustausch mit der Umgebung, unabhängig davon ob dies unter Belastungs- oder Ladebedingungen geschieht. Die durchgeführte Arbeit, wenn geladene Teilchen im Inneren einer Zelle fließen, führt ebenso zu Wärmeentwicklung wie die Redox-Prozesse an Anode und Kathode und verschiedene parasitische Nebenreaktionen, die die Lebensdauer einer Batterie begrenzen. Isotherme Mikrokalorimetrie (IMC) ist eine nicht spezifische, zerstörungsfreie Technik zur Messung kleinster Reaktionen in einem Material während physiochemischer Prozesse. Dies geschieht durch Messung des von der Probe ausgehenden Wärmeflusses bei konstanter Temperatur. In der Batterieforschung deckt die isotherme Kalorimetrie von Li-Ionen-Batteriezellen drei wichtige Interessensbereiche ab:
- Der erste Bereich ist die Wärmeabgabe einer Zelle im Hinblick auf das Wärmemanagement.
- Der zweite Bereich ist das Verständnis der strukturellen Entwicklungen in aktiven Materialien, die sich anhand von Entropieänderungen zeigen.
- Der dritte Bereich ist die Isolierung der Wärme aus parasitischen Reaktionen zur Einstufung der Zellleistung. Bewertung von Pouch-, Knopf-, Herzschrittmacher-, Handy- und zylindrischen Batterien können unter passiven Aufbewahrungsbedingungen oder zusammen mit einem Batterie-Cycler durchgeführt werden.
Die Batteriecycler-Mikrokalorimeter-Lösung kombiniert die empfindliche isotherme Mikrokalorimetrie mit der elektrochemischen Analyse in einer einzigen Lösung mit integrierter Hardware und Software. Mithilfe dieser Methode lassen sich wertvolle Einblicke in das Zellverhalten gewinnen. Abbildung 1 zeigt die einfache Einrichtung des im Mikrokalorimeter verwendeten Batteriehebers. Die Tabelle in Abbildung 2 zeigt die mithilfe des TAM Assistant analysierten Daten. Sie zeigt die durchschnittliche parasitäre Leistung der Zelle und die coulombsche Effizienz über vier Zyklen. Die coulombsche Effizienz ist ein Maß für die elektrochemische Effizienz. Im Gegensatz dazu ist die parasitäre Leistung ein Maß der Ineffizienz der Zelle, einschließlich chemischer und elektrochemischer Nebenreaktionen.
