Batterijcyclers: licht werpen op de details van elektrochemische materialen en apparaten - Physics World

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-IMG_1666-scaled.jpg" data-caption="Gemaakt om te meten Met de SI-6200 en SI-9300R batterijcyclers van AMETEK SI kunnen onderzoekers en fabrikanten de voordelen van nieuwe batterijchemie en -materialen vergelijken. Boven: een veldingenieur van AMETEK SI houdt toezicht op de installatie, inbedrijfstelling en acceptatie van de SI-9300R in een testfaciliteit van een klant. (Met dank aan AMETEK SI)” title=”Klik om afbeelding in pop-up te openen” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-IMG_1666-scaled.jpg”>

Geavanceerde technologieën om alle basisprincipes te dekken versus kosten, prestaties en innovatie. Dat is de mantra van het productontwikkelingsteam van AMETEK wetenschappelijke instrumenten (AMETEK SI), de Amerikaanse fabrikant van gespecialiseerde testsystemen voor elektrochemische studies en batterijkarakterisering. Zoom een ​​beetje in en de operationele referentiepunten zijn eveneens duidelijk. Front-and-center is een kosmopolitische klantenmix – die academisch onderzoek, industriële R&D en volumeproductie omvat – plus een uitgebreid elektrochemisch portfolio – batterijcyclers, potentiostaten, galvanostaten, frequentieresponsanalysatoren en nog veel meer op het gebied van aanvullende hardware en software.

Afstemming is alles, waarbij AMETEK SI-eindgebruikers en producten synchroon in kaart worden gebracht over een breed scala aan test- en meettoepassingen – energieopslagsystemen, fysische elektrochemie, corrosiewetenschap, biomedische apparaten en vaste-stofmaterialen – en voortbouwend op een gecombineerde 100+ jarenlang technologisch leiderschap binnen de drie kernmerken van de fabrikant: Princeton Applied Research, Solartron Analytical en Signal Recovery.

Prestaties in de tijd

Als dat het achtergrondverhaal is, hoe zit het dan met het nu en het volgende op de ontwikkelingsroutekaart? Op de korte termijn onderstreept de afstemming van technologische innovatie op de evoluerende eisen van eindgebruikers het nieuwste productaanbod van AMETEK SI: de SI-6200 en SI-9300R batterijcyclers voor onderzoek en productietesten van geavanceerde batterijen bestemd voor toepassingen in mobiele telefoons, pc's, elektrische voertuigen (EV's) en dergelijke. Kortom, deze hoogwaardige batterijcyclers stellen onderzoekers en fabrikanten in staat de voordelen van nieuwe batterijchemie en -materialen te vergelijken, met herhaalbare cyclustests die over langere tijdsbestekken (enkele weken tot enkele maanden) worden uitgevoerd om de levensduurprestaties langs meerdere coördinaten te valideren.

Als zodanig maken AMETEK SI-batterijcyclers allerlei testmogelijkheden mogelijk: constante stroom, constante spanning (CC-CV); constant vermogen (CP); constante weerstand (CR); cyclische voltammetrie (CV); evenals een reeks snelle puls- en spannings-/stroomhellingen. Geavanceerde diagnostische modaliteiten zijn ook in de mix, waaronder elektrische impedantiespectroscopie (EIS), een niet-destructieve techniek voor zogenaamde “state-of-charge” (SOC)-analyse en vroege foutdetectie in de batterij; cyclustesten op basis van stedelijke rijprofielen (willekeurige golfvormen) om de reële omgeving te simuleren die wordt ervaren door batterijcellen in EV-toepassingen; en differentiële capaciteitsanalyse om de gezondheidstoestand (SOH) en structurele veranderingen in batterijmaterialen tijdens herhaalde laad-/ontlaadcycli te volgen.

De SI-6200, op zijn beurt, is ontworpen voor het testen van batterijmaterialen van de volgende generatie, supercondensatoren en microbrandstofcellen tot 200 mA/10 V per kanaal. Een van de belangrijkste kenmerken van de analyser: stand-alone werking met behulp van stapelbare 10-kanaalsmodules (of op kastbasis); hoge data-acquisitiesnelheden (duizenden metingen per seconde over alle kanalen); en de integratie van 24-bits converters met hoge resolutie (om vroege detectie van kleine verschillen in celgedrag mogelijk te maken).

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-M-DeSantis-headshot.jpg" data-caption="Massimo DeSantis “Het gaat erom elke keer weer prioriteit te geven aan tevreden eindgebruikers.” (Met dank aan AMETEK SI)” title=”Klik om afbeelding in pop-up te openen” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-M-DeSantis-headshot.jpg”>

“Vanwege de relatief lage stroom per kanaal is de SI-6200 is primair gericht op het testen van prototypen van knoopcellen en kleinschalige apparaten voor energieopslag”, legt Massimo DeSantis uit, Division Vice-President van AMETEK Advanced Measurement Technology (AMT), een bredere bedrijfseenheid waartoe AMETEK SI behoort. “Deze eerste fase van het ontwikkelen en testen van apparaten vertegenwoordigt de ‘sweet spot’ van de applicatie, hoewel de cycler ook in een productieomgeving kan worden gebruikt.”

Vermeldenswaard is dat de EIS-capaciteit, die voorheen beperkt was tot academische onderzoeksomgevingen, nu overgaat naar industriële R&D en productietests. Het is niet moeilijk te zien waarom. Om te beginnen maakt EIS een gedetailleerde analyse van weerstand, capaciteit en impedantie op verschillende frequenties mogelijk om de elektrische respons van een batterij te volgen. Deze frequentieafhankelijke inzichten werpen licht op diverse prestatieproblemen, waaronder nevenreacties, degradatie van elektroden, veroudering van elektrolyten en SOH-degradatie.

Bovendien is EIS een niet-invasieve techniek die hiervoor kan worden gebruikt in situ of realtime monitoring zonder de normale werking van de batterij te onderbreken. Dat is een grote overwinning en betekent dat fabrikanten EIS-metingen op batterijen in verschillende productiefasen kunnen inzetten, waardoor consistentie in de prestaties wordt gegarandeerd en eventuele defecten of afwijkingen vroeg in het productieproces worden gedetecteerd (wanneer workflowefficiëntie en betrouwbaarheid van apparaten van essentieel belang zijn).

Vooruitgang van de macht

Bij uitbreiding de SI-9300R batterijcycler – de “grote broer” van de SI-6200 – is ontworpen voor het testen van krachtige batterijen, brandstofcellen en elektrolysers tot 10 V/200 A. Als zodanig is elk kanaal van de SI-9300R voert dezelfde basisfuncties uit als de SI-6200 – met ingebouwde EIS-mogelijkheden – maar met extra functies die zich richten op ontwikkelaars van EV-batterijen en zogenaamde EV-batterijen uit het ‘tweede leven’ (die het einde van hun “auto-levensduur” hebben bereikt terwijl ze een restcapaciteit van ongeveer 70-80 behouden %).

Net als zijn zusterproduct, de SI-9300R is modulair en schaalbaar – met verschillende kastopties (42U en 24U) die via meerdere pc’s kunnen worden bestuurd en gemonitord – terwijl maar liefst vijf kanalen parallel kunnen worden aangesloten om tests tot 1000 A mogelijk te maken. “We kijken naar toepassingen in industriële R&D en in elke onderzoeksomgeving die zich bezighoudt met geavanceerde prototypetests van krachtige batterijen en brandstofcellen”, merkt DeSantis op.

Een belangrijk aspect van de SI-9300R is de implementatie van regeneratief energiebeheer dat volgens het productteam tot 5x ruimtebesparing en 90% besparing op jaarlijkse bedrijfskosten kan opleveren ten opzichte van conventionele batterijcyclers. Zonder dit soort actieve interventie moet er veel warmte worden afgevoerd wanneer de cellen via meerdere kanalen worden ontladen – en dat betekent extra ruimte voor koelsystemen in de analyser. In de SI-9300RHet vermogen wordt echter intern gerecirculeerd tussen kanalen die tegelijkertijd ontladen en opladen.

Ondertussen is de betrouwbaarheid van het systeem een ​​grote zorg voor eindgebruikers van batterij-cycler-apparatuur – het doel is echt autonoom fietsen van die batterijtestsequenties. Met dit in gedachten zijn zowel de SI-6200 en SI-9300R vertrouw op de gepatenteerde Direct-to-Disk-technologie van AMETEK SI om een ​​veiligere, robuustere benadering van gegevensverzameling en -opslag te garanderen. Simpel gezegd: gegevens van de batterijcycler worden rechtstreeks op een schijf opgeslagen – geen tussenliggende pc – om het risico op gegevensverlies te minimaliseren.

Dit alles wordt versterkt door Aspire Energy-software – de “ziel van AMETEK's batterijanalysatoren” – die een volledig geïntegreerde testomgeving biedt voor het beheer van fietsers, klimaatkamers, dataloggers en bijbehorende apparatuur. Omdat productontwikkelingsteams vaak over de hele wereld verspreid zijn, maken de deelbare bibliotheken van Aspire het mogelijk dat tests, grafieken en data-analyse vooraf worden geconfigureerd en gedeeld door alle gebruikers om consistentie van de resultaten te garanderen.

Operationeel gezien is het veelbetekenend dat AMETEK SI aandringt op het inzetten van door het bedrijf opgeleide veldingenieurs om de installatie, inbedrijfstelling en acceptatie van haar batterijcyclers in het laboratorium of de testfaciliteit van de klant te ondersteunen. “Onze motivaties zijn duidelijk”, besluit DeSantis. “Het draait allemaal om het prioriteren van een soepeler onboardingproces, een snellere oplossing van technische vragen en een trainingsprogramma dat erop gericht is om elke keer weer tevreden eindgebruikers te leveren.”

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/battery-cyclers-shedding-light-on-the-detail-of-electrochemical-materials-and-devices/