Baterijski ciklerji: osvetlitev podrobnosti elektrokemičnih materialov in naprav – Svet fizike

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-IMG_1666-scaled.jpg" data-caption="Narejeno po meri Baterijski ciklerji SI-6200 in SI-9300R podjetja AMETEK SI raziskovalcem in proizvajalcem omogočajo primerjavo prednosti novih baterijskih kemij in materialov. Zgoraj: terenski inženir AMETEK SI nadzoruje namestitev, zagon in prevzem SI-9300R v laboratoriju za testiranje pri naročniku. (Z dovoljenjem: AMETEK SI)” title=”Kliknite, da odprete sliko v pojavnem oknu” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-IMG_1666-scaled.jpg”>

Vrhunske tehnologije za pokrivanje vseh osnov v primerjavi s stroški, zmogljivostjo in inovacijami. To je mantra ekipe za razvoj izdelkov pri Znanstveni instrumenti AMETEK (AMETEK SI), ameriški proizvajalec specializiranih testnih sistemov za elektrokemijske študije in karakterizacijo baterij. Malo povečajte in operativne referenčne točke so podobno jasne. Front-and-centre je svetovljanska mešanica strank – ki obsega akademske raziskave, industrijske raziskave in razvoj ter veliko proizvodnjo – ter obsežen elektrokemični portfelj – akumulatorski ciklerji, potenciostati, galvanostati, analizatorji frekvenčnega odziva in še veliko več v smislu pomožne strojne in programske opreme.

Usklajevanje je vse, s končnimi uporabniki in izdelki AMETEK SI, ki so sinhrono preslikani v raznoliko paleto testnih in merilnih aplikacij – sistemi za shranjevanje energije, fizikalna elektrokemija, znanost o koroziji, biomedicinske naprave in trdni materiali – ter gradijo na združenih 100+ leta tehnološkega vodstva v treh proizvajalčevih glavnih znamkah: Princeton Applied Research, Solartron Analytical in Signal Recovery.

Učinkovitost skozi čas

Če je to zadnja zgodba, kaj pa zdaj in naslednje na razvojnem načrtu? V bližnji prihodnosti usklajevanje tehnoloških inovacij z razvijajočimi se zahtevami končnih uporabnikov poudarja najnovejšo ponudbo izdelkov AMETEK SI: SI-6200 in SI-9300R akumulatorski ciklerji za raziskave in proizvodno testiranje naprednih baterij, namenjenih uporabi v mobilnih telefonih, osebnih računalnikih, električnih vozilih (EV) in podobno. Na kratko, ti visokozmogljivi akumulatorski ciklerji omogočajo raziskovalcem in proizvajalcem, da primerjajo prednosti novih baterijskih kemij in materialov, s ponovljivimi cikličnimi preskusi, ki potekajo v daljših časovnih okvirih (od nekaj tednov do nekaj mesecev), da potrdijo življenjsko dobo delovanja na več koordinatah.

Kot taki akumulatorski ciklerji AMETEK SI omogočajo vse vrste preskusnih zmogljivosti: konstanten tok, konstantna napetost (CC-CV); konstantna moč (CP); stalni upor (CR); ciklična voltametrija (CV); kot tudi vrsto shem ramp hitrega impulza in napetosti/toka. V mešanici so tudi napredne diagnostične modalitete, vključno z električno impedančno spektroskopijo (EIS), nedestruktivno tehniko za tako imenovano analizo »stanja napolnjenosti« (SOC) in zgodnje odkrivanje napak v bateriji; cikel testiranja profila mestne vožnje (poljubne valovne oblike) za simulacijo dejanskega okolja, ki ga doživljajo akumulatorske celice v aplikacijah EV; in analizo diferencialne zmogljivosti za sledenje zdravstvenega stanja (SOH) in strukturnih sprememb v materialih akumulatorjev v ponavljajočih se ciklih polnjenja/praznjenja.

O SI-6200, pa je zasnovan za preizkušanje baterijskih materialov naslednje generacije, superkondenzatorjev in mikro gorivnih celic pri do 200 mA/10 V na kanal. Med ključnimi značilnostmi analizatorja: samostojno delovanje z uporabo 10-kanalnih modulov, ki jih je mogoče zložiti (ali v omarici); visoke hitrosti zajemanja podatkov (na tisoče meritev na sekundo po vseh kanalih); in vključitev 24-bitnih pretvornikov visoke ločljivosti (za omogočanje zgodnjega odkrivanja majhnih razlik v vedenju celic).

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-M-DeSantis-headshot.jpg" data-caption="Massimo DeSantis "Gre za to, da vsakič damo prednost zadovoljnim končnim uporabnikom." (Z dovoljenjem: AMETEK SI)” title=”Kliknite, da odprete sliko v pojavnem oknu” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-M-DeSantis-headshot.jpg”>

»Zaradi razmeroma nizkega toka na kanal je SI-6200 se osredotoča predvsem na testiranje prototipnih gumbastih celic in majhnih naprav za shranjevanje energije,« pojasnjuje Massimo DeSantis, podpredsednik oddelka AMETEK Advanced Measurement Technology (AMT), širše poslovne enote, ki vključuje AMETEK SI. "Razvoj in testiranje naprave v začetni fazi predstavljata 'sweet spot' aplikacije, čeprav je cycler mogoče uporabiti tudi v produkcijskem okolju."

Omeniti velja, da zmogljivost EIS, ki je bila prej omejena na akademske raziskovalne nastavitve, zdaj prehaja na industrijske raziskave in razvoj ter testiranje proizvodnje. Ni težko razumeti zakaj. Za začetek EIS omogoča natančno analizo upora, kapacitivnosti in impedance pri različnih frekvencah za sledenje električnemu odzivu baterije. Ti vpogledi, odvisni od frekvence, osvetljujejo različna vprašanja delovanja – stranske reakcije, degradacijo elektrod, staranje elektrolitov in degradacijo SOH med njimi.

Še več, EIS je neinvazivna tehnika, ki se lahko uporablja za in-situ ali spremljanje v realnem času brez prekinitve običajnega načina delovanja baterije. To je velika zmaga in pomeni, da lahko proizvajalci uporabijo meritve EIS na baterijah v različnih fazah proizvodnje, s čimer zagotovijo doslednost v delovanju in odkrijejo morebitne napake ali anomalije zgodaj v proizvodnem procesu (ko sta učinkovitost delovnega toka in zanesljivost naprave bistvenega pomena).

Napredovanje moči

Z razširitvijo, SI-9300R baterijski cikler – »veliki brat« SI-6200 – je zasnovan za testiranje visoko zmogljivih baterij, gorivnih celic in elektrolizatorjev do 10 V/200 A. Kot tak je vsak kanal SI-9300R opravlja enake osnovne funkcije kot SI-6200 – z vgrajeno zmogljivostjo EIS – čeprav z dodatnimi funkcijami za razvijalce baterij za električna vozila in tako imenovanih baterij za električna vozila »second life« (ki so dosegle konec svoje »avtomobilske življenjske dobe«, medtem ko so ohranile preostalo kapaciteto približno 70–80 %).

Tako kot njegov sestrski izdelek, the SI-9300R je modularen in razširljiv – z različnimi možnostmi omar (42U in 24U), ki jih je mogoče nadzorovati in spremljati prek več osebnih računalnikov – medtem ko je kar pet kanalov mogoče povezati vzporedno, da se omogočijo testi do 1000 A. »Iščemo aplikacije v industrijskih raziskavah in razvoju ter pravzaprav v katerem koli raziskovalnem okolju, ki se ukvarja z naprednim testiranjem prototipov visokozmogljivih baterij in gorivnih celic,« ugotavlja DeSantis.

Ključni vidik SI-9300R je implementacija regenerativnega upravljanja energije, ki lahko po besedah ​​produktne skupine prinese do 5-kratni prihranek prostora in 90-odstotni prihranek pri letnih tekočih stroških v primerjavi z običajnimi baterijskimi ciklerji. Brez tovrstnega aktivnega posredovanja je treba odvajati veliko toplote, ko se celice izpraznijo na več kanalih – in to pomeni dodane prostore za hladilne sisteme znotraj analizatorja. V SI-9300Rvendar pa se energija interno kroži med kanali, ki se istočasno praznijo in polnijo.

Medtem je zanesljivost sistema glavna skrb za končne uporabnike opreme za akumulatorske cikle – cilj je resnično avtonomno kroženje teh zaporedij testiranja akumulatorja. S tem v mislih sta oba SI-6200 in SI-9300R zanašajte se na patentirano tehnologijo AMETEK SI Direct-to-Disk, da zagotovite bolj varen in robusten pristop k pridobivanju in shranjevanju podatkov. Preprosto povedano: podatki iz akumulatorskega ciklerja so shranjeni neposredno na diskovni pogon – brez vmesnega osebnega računalnika – za zmanjšanje tveganja izgube podatkov.

Vse to je okrepljeno z Programska oprema Aspire Energy – »duša akumulatorskih analizatorjev AMETEK« – ki zagotavlja popolnoma integrirano testno okolje za upravljanje ciklerjev, klimatskih komor, zapisovalnikov podatkov in pomožne opreme. Ker so ekipe za razvoj izdelkov pogosto razpršene po vsem svetu, Aspireove knjižnice, ki jih je mogoče deliti, omogočajo vnaprejšnjo konfiguracijo testov, grafov in analiz podatkov ter skupno rabo med vsemi uporabniki, da se zagotovi doslednost rezultatov.

Z operativnega vidika je pomembno, da AMETEK SI vztraja pri namestitvi terenskih inženirjev, usposobljenih v podjetju, za podporo pri namestitvi, zagonu in sprejemu njegovih akumulatorskih ciklikov v strankinem laboratoriju ali testnem obratu. "Naši motivi so jasni," zaključuje DeSantis. »Gre za dajanje prednosti bolj gladkemu procesu vkrcanja, hitrejšemu reševanju tehničnih poizvedb in programu usposabljanja, ki je prilagojen vsakemu zagotavljanju zadovoljnih končnih uporabnikov.«

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/battery-cyclers-shedding-light-on-the-detail-of-electrochemical-materials-and-devices/