Cycleurs de batteries : mettre en lumière les détails des matériaux et dispositifs électrochimiques – Physics World

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-IMG_1666-scaled.jpg" data-caption="Fait sur mesure Les cycleurs de batterie SI-6200 et SI-9300R d'AMETEK SI permettent aux chercheurs et aux fabricants de comparer les mérites de nouvelles compositions chimiques et matériaux de batterie. Ci-dessus : un ingénieur de terrain AMETEK SI supervise l'installation, la mise en service et l'acceptation du SI-9300R dans une installation de test client. (Avec l'aimable autorisation : AMETEK SI)" title="Cliquez pour ouvrir l'image dans une fenêtre contextuelle" href="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-IMG_1666-scaled.jpg">

Des technologies de pointe pour couvrir toutes les bases en termes de coût, de performance et d'innovation. C'est le mantra de l'équipe de développement de produits chez Instruments scientifiques AMETEK (AMETEK SI), fabricant américain de systèmes de tests spécialisés pour les études électrochimiques et la caractérisation des batteries. Zoomez un peu et les points de référence opérationnels sont tout aussi clairs. Au premier plan se trouve une clientèle cosmopolite – couvrant la recherche universitaire, la R&D industrielle et la fabrication en série – ainsi qu’un portefeuille électrochimique complet – des cycleurs de batterie, des potentiostats, des galvanostats, des analyseurs de réponse en fréquence et bien plus encore en termes de matériel et de logiciels auxiliaires.

L'alignement est tout, avec les utilisateurs finaux et les produits AMETEK SI cartographiés de manière synchrone dans une large gamme d'applications de test et de mesure – systèmes de stockage d'énergie, électrochimie physique, science de la corrosion, dispositifs biomédicaux et matériaux à l'état solide – et s'appuyant sur plus de 100 applications combinées. années de leadership technologique à travers les trois marques principales du fabricant : Princeton Applied Research, Solartron Analytical et Signal Recovery.

Performances dans le temps

Si telle est l’histoire, qu’en est-il du présent et du prochain sur la feuille de route de développement ? À court terme, l'alignement de l'innovation technologique avec l'évolution des exigences des utilisateurs finaux souligne les dernières offres de produits d'AMETEK SI : le SI-6200 ainsi que les SI-9300R cycleurs de batteries pour la recherche et les tests de production de batteries avancées destinées à des applications dans les téléphones mobiles, les ordinateurs, les véhicules électriques (VE) et autres. En bref, ces cycleurs de batterie haute performance permettent aux chercheurs et aux fabricants de comparer les mérites de nouveaux matériaux et compositions chimiques de batterie, avec des tests de cyclage répétables exécutés sur des périodes prolongées (plusieurs semaines à plusieurs mois) pour valider les performances de durée de vie selon plusieurs coordonnées.

En tant que tels, les cycleurs de batterie AMETEK SI permettent toutes sortes de capacités de test : courant constant, tension constante (CC-CV) ; puissance constante (CP); résistance constante (CR); voltammétrie cyclique (CV); ainsi qu'une gamme de schémas d'impulsions rapides et de rampes de tension/courant. Des modalités de diagnostic avancées sont également de la partie, notamment la spectroscopie d'impédance électrique (EIS), une technique non destructive pour l'analyse dite de « l'état de charge » (SOC) et la détection précoce des défauts à l'intérieur de la batterie ; tests de cycles de profil de conduite urbaine (formes d'onde arbitraires) pour simuler l'environnement réel rencontré par les cellules de batterie dans les applications EV ; et une analyse de capacité différentielle pour suivre l'état de santé (SOH) et les changements structurels des matériaux de la batterie au cours de cycles répétés de charge/décharge.

Les SI-6200, quant à lui, est conçu pour tester les matériaux de batterie, les supercondensateurs et les micropiles à combustible de nouvelle génération jusqu'à 200 mA/10 V par canal. Parmi les principales caractéristiques de l'analyseur : un fonctionnement autonome à l'aide de modules empilables à 10 voies (ou en armoire) ; vitesses d'acquisition de données rapides (des milliers de mesures par seconde sur tous les canaux) ; et l'incorporation de convertisseurs 24 bits haute résolution (pour permettre la détection précoce de petites différences dans le comportement des cellules).

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-M-DeSantis-headshot.jpg" data-caption="Massimo DeSantis « Il s’agit à chaque fois de donner la priorité aux utilisateurs finaux satisfaits. » (Autorisation : AMETEK SI) » title = « Cliquez pour ouvrir l'image dans une fenêtre contextuelle » href = »https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-M-DeSantis-headshot.jpg »>

"En raison du courant relativement faible par canal, le SI-6200 se concentre principalement sur les tests de prototypes de piles boutons et de dispositifs de stockage d'énergie à petite échelle », explique Massimo DeSantis, vice-président de la division AMETEK Advanced Measurement Technology (AMT), une unité commerciale plus large qui comprend AMETEK SI. « Cette phase initiale de développement et de test de l'appareil représente le « point idéal » de l'application, bien que le cycleur puisse également être utilisé dans un environnement de production.

Il convient de noter que les capacités de l'EIS, auparavant limitées aux milieux de la recherche universitaire, sont désormais en train de passer à la R&D industrielle et aux tests de production. Il n'est pas difficile de comprendre pourquoi. Pour commencer, l’EIS permet une analyse granulaire de la résistance, de la capacité et de l’impédance à différentes fréquences pour suivre la réponse électrique d’une batterie. Ces informations dépendant de la fréquence mettent en lumière divers problèmes de performances, notamment les réactions secondaires, la dégradation des électrodes, le vieillissement des électrolytes et la dégradation du SOH.

De plus, l'EIS est une technique non invasive qui peut être utilisée pour in situ ou une surveillance en temps réel sans interrompre le mode de fonctionnement normal de la batterie. C'est une grande victoire et cela signifie que les fabricants peuvent déployer des mesures EIS sur les batteries à différentes étapes de production, garantissant ainsi la cohérence des performances et détectant tout défaut ou anomalie dès le début du processus de fabrication (lorsque l'efficacité du flux de travail et la fiabilité des appareils sont essentielles).

Progressions de pouvoir

Par extension, la SI-9300R cycleur de batterie – le « grand frère » du SI-6200 – est conçu pour tester les batteries, piles à combustible et électrolyseurs haute puissance jusqu'à 10 V/200 A. Ainsi, chaque canal du SI-9300R remplit les mêmes fonctions de base que le SI-6200 – avec capacité EIS intégrée – mais avec des fonctionnalités supplémentaires pour cibler les développeurs de batteries EV et de batteries dites de « seconde vie » pour EV (qui ont atteint la fin de leur « durée de vie automobile » tout en conservant une capacité résiduelle d’environ 70 à 80 %).

Comme son produit frère, le SI-9300R est modulaire et évolutif – avec différentes options d'armoire (42U et 24U) qui peuvent être contrôlées et surveillées via plusieurs PC – tandis que jusqu'à cinq canaux peuvent être connectés en parallèle pour permettre des tests jusqu'à 1000 XNUMX A. « Nous étudions les applications dans la R&D industrielle et dans tout environnement de recherche engagé dans des tests avancés de prototypes de batteries et de piles à combustible de haute puissance », note DeSantis.

Un aspect clé de la SI-9300R est la mise en œuvre d'une gestion de l'énergie régénérative qui, selon l'équipe produit, peut générer jusqu'à 5 fois un gain d'espace et 90 % d'économie sur les coûts de fonctionnement annuels par rapport aux cycleurs de batterie conventionnels. Sans ce type d'intervention active, beaucoup de chaleur doit être dissipée lorsque les cellules se déchargent sur plusieurs canaux, ce qui signifie un espace supplémentaire pour les systèmes de refroidissement à l'intérieur de l'analyseur. Dans le SI-9300RCependant, l'énergie est recirculée en interne entre les canaux qui se déchargent et se chargent simultanément.

Parallèlement, la fiabilité du système est une préoccupation majeure pour les utilisateurs finaux d’équipements de cycle de batterie – l’objectif étant de réaliser un cycle véritablement autonome de ces séquences de tests de batterie. Dans cette optique, tant les SI-6200 ainsi que les SI-9300R comptez sur la technologie brevetée Direct-to-Disk d'AMETEK SI pour garantir une approche plus sécurisée et plus robuste de l'acquisition et du stockage des données. En termes simples : les données du cycleur de batterie sont stockées directement sur un lecteur de disque – pas de PC intermédiaire – pour minimiser le risque de perte de données.

Tout cela est renforcé par Logiciel Aspire Énergie – « l'âme des analyseurs de batterie d'AMETEK » – qui fournit un environnement de test entièrement intégré pour la gestion des cycleurs, des chambres climatiques, des enregistreurs de données et des équipements auxiliaires. Les équipes de développement de produits étant souvent dispersées dans le monde, les bibliothèques partageables d'Aspire permettent de préconfigurer et de partager des tests, des graphiques et des analyses de données par tous les utilisateurs pour garantir la cohérence des résultats.

Sur le plan opérationnel, il est significatif qu'AMETEK SI insiste sur le déploiement d'ingénieurs de terrain formés par l'entreprise pour prendre en charge l'installation, la mise en service et l'acceptation de ses cycleurs de batteries dans le laboratoire ou l'installation de test du client. «Nos motivations sont claires», conclut DeSantis. « Il s'agit avant tout de donner la priorité à un processus d'intégration plus fluide, à une résolution plus rapide des requêtes techniques et à un programme de formation conçu pour satisfaire les utilisateurs finaux à chaque fois. »

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• La source: https://physicsworld.com/a/battery-cyclers-shedding-light-on-the-detail-of-electrochemical-materials-and-devices/