Battericyklere: kaster lys over detaljerne i elektrokemiske materialer og enheder – Physics World

Battericyklere: kaster lys over detaljerne i elektrokemiske materialer og enheder – Physics World

Tidsstempel: 4. april 2024 kl. 10

Alsidige batterianalysatorer fra AMETEK Scientific Instruments tages i brug i anvendte R&D- og produktionsindstillinger, hvor de muliggør gentagelige testsekvenser over længere tidsperioder

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-IMG_1666-scaled.jpg" data-caption="Lavet til at måle SI-6200 og SI-9300R battericyklerne fra AMETEK SI gør det muligt for forskere og producenter at sammenligne fordelene ved nye batterikemi og materialer. Ovenfor: en AMETEK SI feltingeniør fører tilsyn med installation, idriftsættelse og accept af SI-9300R på et kundetestanlæg. (Courtesy: AMETEK SI)” title=”Klik for at åbne billede i popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-IMG_1666-scaled.jpg”>AMETEK SI ingeniør fører tilsyn med installation af battericykler
Lavet til at måle SI-6200 og SI-9300R battericyklerne fra AMETEK SI gør det muligt for forskere og producenter at sammenligne fordelene ved nye batterikemi og materialer. Ovenfor: en AMETEK SI feltingeniør fører tilsyn med installation, idriftsættelse og accept af SI-9300R på et kundetestanlæg. (Med høflighed: AMETEK SI)

Avancerede teknologier til at dække alle baser i forhold til omkostninger, ydeevne og innovation. Det er mantraet for produktudviklingsteamet på AMETEK videnskabelige instrumenter (AMETEK SI), den amerikanske producent af specialiserede testsystemer til elektrokemiske undersøgelser og batterikarakterisering. Zoom lidt ind, og de operationelle referencepunkter er ligeledes tydelige. Front-and-center er et kosmopolitisk kundemix – der spænder over akademisk forskning, industri-F&U og volumenproduktion – plus en omfattende elektrokemisk portefølje – battericyklere, potentiostater, galvanostater, frekvensresponsanalysatorer og meget mere i form af tilhørende hardware og software.

Alignment er alt, med AMETEK SI-slutbrugere og produkter kortlagt synkront på tværs af en bred vifte af test- og måleapplikationer – energilagringssystemer, fysisk elektrokemi, korrosionsvidenskab, biomedicinsk udstyr og solid-state materialer – og bygger på en kombineret 100+ års teknologisk lederskab på tværs af producentens tre kernemærker: Princeton Applied Research, Solartron Analytical og Signal Recovery.

Ydeevne over tid

Hvis det er baghistorien, hvad med nuet og det næste på udviklingskøreplanen? På kort sigt understreger tilpasningen af ​​teknologisk innovation med skiftende slutbrugerkrav AMETEK SI's seneste produkttilbud: SI-6200 , SI-9300R battericyklere til forskning og produktionstest af avancerede batterier beregnet til anvendelser i mobiltelefoner, pc'er, elektriske køretøjer (EV'er) og lignende. Kort sagt gør disse højtydende battericyklere forskere og producenter i stand til at sammenligne fordelene ved nye batterikemier og -materialer, med gentagelige cykeltest, der kører over længere tidsrammer (adskillige uger til flere måneder) for at validere levetidens ydeevne langs flere koordinater.

Som sådan muliggør AMETEK SI battericyklere alle mulige testmuligheder: konstant strøm, konstant spænding (CC-CV); konstant effekt (CP); konstant modstand (CR); cyklisk voltammetri (CV); samt en række hurtigpuls- og spændings-/strømrampeskemaer. Avancerede diagnostiske modaliteter er også i blandingen, herunder elektrisk impedansspektroskopi (EIS), en ikke-destruktiv teknik til såkaldt "state-of-charge" (SOC) analyse og tidlig fejldetektion inde i batteriet; urban-drive-profil cyklustest (vilkårlige bølgeformer) for at simulere det virkelige miljø, som battericeller oplever i EV-applikationer; og differentiel kapacitetsanalyse for at spore sundhedstilstand (SOH) og strukturelle ændringer i batterimaterialer over gentagne cyklusser af opladning/afladning.

SI-6200, for sin del, er designet til at teste næste generations batterimaterialer, superkondensatorer og mikrobrændselsceller ved op til 200 mA/10 V pr. kanal. Blandt analysatorens nøglefunktioner: Stand-alone drift ved hjælp af stabelbare 10-kanals moduler (eller kabinetbaserede); hurtige dataindsamlingshastigheder (tusindvis af målinger pr. sekund på tværs af alle kanaler); og inkorporering af højopløselige 24-bit konvertere (for at muliggøre tidlig påvisning af små forskelle i celleadfærd).

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-M-DeSantis-headshot.jpg" data-caption="Massimo DeSantis "Det handler om at prioritere tilfredse slutbrugere hver gang." (Courtesy: AMETEK SI)” title=”Klik for at åbne billede i popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-M-DeSantis-headshot.jpg”>Massimo DeSantis
Massimo DeSantis "Det handler om at prioritere tilfredse slutbrugere hver gang." (Med høflighed: AMETEK SI)

"På grund af den relativt lave strøm pr. kanal er SI-6200 er primært fokuseret på afprøvning af prototype møntceller og småskala energilagringsenheder,” forklarer Massimo DeSantis, Division Vice-President for AMETEK Advanced Measurement Technology (AMT), en bredere forretningsenhed, der omfatter AMETEK SI. "Denne enhedsudvikling og -test i indledende fase repræsenterer applikationens 'sweet spot', selvom cykleren også kan bruges i et produktionsmiljø."

Værd at bemærke, at EIS-kapaciteten, der tidligere var begrænset til akademiske forskningsmiljøer, nu går over til industriel R&D og produktionstestning. Det er ikke svært at se hvorfor. For det første muliggør EIS granulær analyse af modstand, kapacitans og impedans ved forskellige frekvenser for at spore et batteris elektriske respons. Disse frekvensafhængige indsigter kaster lys over forskellige præstationsproblemer – sidereaktioner, elektrodenedbrydning, elektrolytældning og SOH-nedbrydning blandt dem.

Hvad mere er, EIS er en ikke-invasiv teknik, der kan bruges til in situ eller overvågning i realtid uden at afbryde batteriets normale driftstilstand. Det er en stor gevinst, og det betyder, at producenter kan implementere EIS-målinger på batterier på forskellige produktionsstadier, hvilket sikrer ensartet ydeevne og opdager eventuelle defekter eller anomalier tidligt i fremstillingsprocessen (når workflow-effektivitet og enhedspålidelighed er af afgørende betydning).

Magtfremskridt

I forlængelse heraf SI-9300R battericykler - "storebror" af SI-6200 – er designet til at teste batterier, brændselsceller og elektrolysatorer med høj effekt ved op til 10 V/200 A. Som sådan kan hver kanal i SI-9300R udfører de samme grundlæggende funktioner som SI-6200 – med indbygget EIS-kapacitet – dog med yderligere funktioner til at målrette mod udviklere af EV-batterier og såkaldte EV-batterier "second life" (som har nået slutningen af ​​deres "bil-levetid", mens de har bevaret en restkapacitet på omkring 70-80 %).

Ligesom sit søsterprodukt, den SI-9300R er modulopbygget og skalerbar – med forskellige kabinetmuligheder (42U og 24U), der kan styres og overvåges via flere pc'er – mens hele fem kanaler kan tilsluttes parallelt for at muliggøre test op til 1000 A. “Vi kigger på applikationer inden for industriel R&D og faktisk ethvert forskningsmiljø, der beskæftiger sig med avanceret prototypetest af højeffektbatterier og brændselsceller,” bemærker DeSantis.

Et centralt aspekt af SI-9300R er implementeringen af ​​regenerativ strømstyring, som ifølge produktteamet kan give op til 5x pladsbesparelse og 90 % besparelse i årlige driftsomkostninger i forhold til konventionelle battericykler. Uden denne form for aktiv indgriben er der meget varme, der skal spredes, når cellerne aflades på flere kanaler – og det betyder ekstra fast ejendom til kølesystemer inde i analysatoren. I den SI-9300Rstrømmen recirkuleres dog internt mellem kanaler, der aflades og oplades samtidigt.

I mellemtiden er systempålidelighed en stor bekymring for slutbrugere af battericyklerudstyr - målet er virkelig autonom cykling af disse batteritestsekvenser. Med dette i tankerne vil både SI-6200 , SI-9300R stole på AMETEK SI's patenterede Direct-to-Disk-teknologi for at sikre en mere sikker og robust tilgang til dataindsamling og -lagring. Enkelt sagt: data fra battericykleren gemmes direkte på et diskdrev – ingen mellemliggende pc – for at minimere risikoen for tab af data.

Alt sammen forstærket af Aspire Energy Software – “sjælen af ​​AMETEKs batterianalysatorer” – som giver et fuldt integreret testmiljø til styring af cyklere, klimakamre, dataloggere og tilhørende udstyr. Med produktudviklingsteams ofte spredt globalt, gør Aspires delbare biblioteker det muligt at forudkonfigurere test, grafer og dataanalyse og deles af alle brugere for at sikre ensartede resultater.

Operationelt er det væsentligt, at AMETEK SI insisterer på at indsætte virksomhedsuddannede feltingeniører til at understøtte installationen, idriftsættelsen og accepten af ​​sine battericyklere i kundens laboratorium eller testfacilitet. "Vores motiver er klare," slutter DeSantis. "Det handler om at prioritere en smidigere onboarding-proces, hurtigere løsning af tekniske forespørgsler og et træningsprogram, der er gearet til at levere tilfredse slutbrugere hver gang."

AMETEK videnskabelige instrumenter

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden