Una celda es la forma empaquetada más pequeña que una batería puede adoptar. Hay cuatro formatos de celdas de las baterías de iones de litio: celdas cilíndricas, prismáticas, de bolsa y tipo moneda. Los tres primeros se usan en productos, mientras que una celda tipo moneda por lo general solo se usa con fines de investigación. Las pruebas de celdas de batería son un paso importante para optimizar el diseño y los componentes de la batería antes de incorporar las celdas en módulos y paquetes de baterías más grandes. Para comprender las repercusiones de cada componente en el desempeño de la celda, vea nuestras soluciones de pruebas analíticas para el cátodo, el ánodo y el separador.
Los científicos especializados en baterías necesitan determinar la eficiencia de las celdas, así como su degradación durante el paso por ciclos. Cuando la microcalorimetría isotérmica (isothermal microcalorimetry, IMC) se acopla con un ciclador o un potenciostato, se puede obtener información crucial para hacer predicciones de vida útil, así como clasificar el desempeño de las celdas y evaluar el manejo del calor.
La Solución de Microcalorímetro Ciclador de Baterías (Battery Cycler Microcalorimeter Solution) de TA Instruments ofrece la solución de más alto rendimiento, integrada y sensible para aprovechar al máximo sus pruebas de baterías, con reducción drástica del tiempo experimental de meses a semanas para datos que deben replicarse muchas veces.
Instrumentos y parámetros de prueba
Solución de Microcalorímetro Ciclador de Batería
- Clasificación del desempeño de celdas
- Predicción de vida útil
- Detección de reacción parásita
- Manejo del calor
- Cambio de fase y reacciones de primer ciclo
Ejemplos de aplicación
Pruebas calorimétricas de celdas enteras de baterías in operando
Los procesos electroquímicos que tienen lugar en las baterías, ya sea bajo carga o en condiciones de carga, dan lugar a un intercambio de calor con el entorno. El trabajo que se realiza a medida que las especies cargadas fluyen internamente en una celda da lugar a la generación de calor, así como a los procesos redox en el ánodo y el cátodo y varias reacciones secundarias parasitarias que son la causa de limitación de la vida útil de una batería. La microcalorimetría isotérmica (Isothermal Microcalorimetry, IMC) es una técnica inespecífica y no destructiva para medir las reacciones más pequeñas en un material durante un proceso fisicoquímico. Esto se hace al medir el flujo de calor de la muestra a una temperatura constante. En la investigación de baterías, la calorimetría isotérmica de celdas de baterías de iones de litio cubre tres áreas de interés principales:
- La primera es el rendimiento térmico de una celda desde el punto de vista de la gestión de calor.
- La segunda es la comprensión de las evoluciones estructurales en materiales activos según lo evidencian los cambios de entropía.
- La tercera es el aislamiento del calor de la reacción parasitaria para clasificar el rendimiento de las celdas. Las evaluaciones de baterías de bolsa, de moneda, de marcapasos, de teléfonos móviles, y cilíndricas se pueden realizar en condiciones de almacenamiento pasivo o junto con un ciclador de baterías.
La Solución de Microcalorímetro Ciclador de Baterías combina microcalorimetría isotérmica sensible con análisis electroquímico en una solución de hardware y software integrada. Esta metodología permite obtener información valiosa sobre el comportamiento de celdas. En la Figura 1 se demuestra la fácil configuración del levantador de baterías que se utiliza en el microcalorímetro. En la gráfica de la Figura 2 se presentan datos analizados con el uso del Asistente TAM (TAM Assistant). Muestra la energía parásita promedio de la celda y la eficiencia coulómbica entre cuatro ciclos. La eficiencia coulómbica es una medida de la eficiencia electroquímica; por el contrario, la energía parásita es una medida de la ineficiencia de la celda, incluyendo las reacciones secundarias tanto químicas como electroquímicas.
