Cicloare cu baterii: aruncând lumină asupra detaliilor materialelor și dispozitivelor electrochimice – Physics World

Cicloare cu baterii: aruncând lumină asupra detaliilor materialelor și dispozitivelor electrochimice – Physics World

Marca temporală: 4 aprilie 2024 10:45

Analizoarele versatile de baterii de la AMETEK Scientific Instruments sunt utilizate în setările aplicate de cercetare și dezvoltare și producție, unde permit secvențe de testare repetabile pe perioade de timp extinse

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-IMG_1666-scaled.jpg" data-caption="Făcut pe măsură Cicloarele pentru baterii SI-6200 și SI-9300R de la AMETEK SI le permit cercetătorilor și producătorilor să compare avantajele chimiei și materialelor noi ale bateriilor. Mai sus: un inginer de teren AMETEK SI supraveghează instalarea, punerea în funcțiune și acceptarea SI-9300R la o unitate de testare a clientului. (Cu amabilitatea: AMETEK SI)” title=”Faceți clic pentru a deschide imaginea în pop-up” href="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-IMG_1666-scaled.jpg”>Inginerul AMETEK SI supraveghează instalarea ciclorului de baterii
Făcut pe măsură Cicloarele pentru baterii SI-6200 și SI-9300R de la AMETEK SI le permit cercetătorilor și producătorilor să compare avantajele chimiei și materialelor noi ale bateriilor. Mai sus: un inginer de teren AMETEK SI supraveghează instalarea, punerea în funcțiune și acceptarea SI-9300R la o unitate de testare a clientului. (Cu amabilitatea: AMETEK SI)

Tehnologii de ultimă oră pentru a acoperi toate bazele față de cost, performanță și inovație. Aceasta este mantra pentru echipa de dezvoltare a produsului de la Instrumente științifice AMETEK (AMETEK SI), producătorul american de sisteme de testare specializate pentru studii electrochimice și caracterizarea bateriilor. Măriți puțin și punctele de referință operaționale sunt la fel de clare. Front-and-centre este un mix de clienți cosmopolit – care acoperă cercetarea academică, cercetare și dezvoltare în industrie și producție în volum – plus un portofoliu electrochimic cuprinzător – cicluri de baterii, potențiostate, galvanostate, analizoare de răspuns în frecvență și multe altele în ceea ce privește hardware-ul și software-ul auxiliar.

Alinierea este totul, cu utilizatorii finali și produsele AMETEK SI mapate sincron într-o gamă variată de aplicații de testare și măsurare - sisteme de stocare a energiei, electrochimie fizică, știința coroziunii, dispozitive biomedicale și materiale în stare solidă - și construind peste peste 100 combinate. ani de leadership tehnologic în cele trei mărci de bază ale producătorului: Princeton Applied Research, Solartron Analytical și Signal Recovery.

Performanță în timp

Dacă aceasta este povestea din spate, cum rămâne cu acum și următorul pe foaia de parcurs de dezvoltare? Pe termen scurt, alinierea inovației tehnologice cu cerințele în evoluție ale utilizatorilor finali subliniază cele mai recente oferte de produse ale AMETEK SI: DA-6200 și SI-9300R Cicloare de baterii pentru cercetarea și testarea producției de baterii avansate destinate aplicațiilor în telefoane mobile, PC-uri, vehicule electrice (EV) și altele asemenea. Pe scurt, aceste cicluri de înaltă performanță le permit cercetătorilor și producătorilor să compare avantajele chimiei și materialelor noi ale bateriilor, cu teste de ciclism repetabile care rulează pe intervale de timp extinse (de la câteva săptămâni la câteva luni) pentru a valida performanța pe durata de viață de-a lungul mai multor coordonate.

Ca atare, ciclurile de baterii AMETEK SI permit toate tipurile de capabilități de testare: curent constant, tensiune constantă (CC-CV); putere constantă (CP); rezistență constantă (CR); voltametrie ciclică (CV); precum și o gamă de scheme de rampe cu impuls rapid și tensiune/curent. Modalități avansate de diagnosticare sunt, de asemenea, în amestec, inclusiv spectroscopie de impedanță electrică (EIS), o tehnică nedistructivă pentru așa-numita analiză „state-of-charge” (SOC) și detectarea precoce a defecțiunilor în interiorul bateriei; testarea ciclului urban-drive-profil (forme de undă arbitrare) pentru a simula mediul real experimentat de celulele bateriei în aplicațiile EV; și analiza capacității diferențiale pentru a urmări starea de sănătate (SOH) și modificările structurale ale materialelor bateriei pe cicluri repetate de încărcare/descărcare.

DA-6200, la rândul său, este proiectat pentru testarea materialelor de ultimă generație pentru baterii, supercondensatoare și micropile de combustibil la până la 200 mA/10 V per canal. Printre caracteristicile cheie ale analizorului: funcționare autonomă folosind module stivuibile cu 10 canale (sau bazate pe cabinet); viteze rapide de achiziție a datelor (mii de măsurători pe secundă pe toate canalele); și încorporarea de convertoare de 24 de biți de înaltă rezoluție (pentru a permite detectarea timpurie a micilor diferențe în comportamentul celulelor).

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-M-DeSantis-headshot.jpg" data-caption="Massimo DeSantis „Totul este despre prioritizarea utilizatorilor finali mulțumiți de fiecare dată.” (Cu amabilitatea: AMETEK SI)” title=”Clic pentru a deschide imaginea în pop-up” href="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-M-DeSantis-headshot.jpg”>Massimo DeSantis
Massimo DeSantis „Totul este despre prioritizarea utilizatorilor finali mulțumiți de fiecare dată.” (Cu amabilitatea: AMETEK SI)

„Din cauza curentului relativ scăzut pe canal, DA-6200 se concentrează în primul rând pe testarea prototipurilor de celule monedă și a dispozitivelor de stocare a energiei la scară mică”, explică Massimo DeSantis, vicepreședinte al diviziei AMETEK Advanced Measurement Technology (AMT), o unitate de afaceri mai largă care include AMETEK SI. „Această etapă inițială de dezvoltare și testare a dispozitivului reprezintă „punctul favorabil” al aplicației, deși ciclorul poate fi folosit și într-un mediu de producție.”

Merită remarcat faptul că capacitatea EIS, limitată anterior la setările de cercetare academică, face acum tranziția la cercetarea și dezvoltarea industrială și testarea producției. Nu este greu de înțeles de ce. Pentru început, EIS permite analiza granulară a rezistenței, capacității și impedanței la frecvențe diferite pentru a urmări răspunsul electric al unei baterii. Aceste informații dependente de frecvență aruncă lumină asupra diverselor probleme de performanță – reacții secundare, degradarea electrozilor, îmbătrânirea electroliților și degradarea SOH printre ele.

În plus, EIS este o tehnică non-invazivă care poate fi folosită in-situ sau monitorizare în timp real fără a întrerupe modul normal de funcționare al bateriei. Acesta este un mare câștig și înseamnă că producătorii pot implementa măsurători EIS pe baterii în diferite etape de producție, asigurând consecvența performanței și detectând orice defecte sau anomalii la începutul procesului de fabricație (atunci când eficiența fluxului de lucru și fiabilitatea dispozitivului sunt esențiale).

Progrese ale puterii

Prin extensie, cel SI-9300R ciclor de baterii – „fratele mai mare” al DA-6200 – este conceput pentru testarea bateriilor de mare putere, pilelor de combustie și electrolizoarelor la până la 10 V/200 A. Ca atare, fiecare canal al SI-9300R îndeplinește aceleași funcții de bază ca și DA-6200 – cu capacitate EIS încorporată – deși cu funcții suplimentare pentru dezvoltatorii de baterii EV și așa-numitele baterii de „a doua viață” EV (care au ajuns la sfârșitul „duratei de viață auto” păstrând în același timp o capacitate reziduală de aproximativ 70–80 %).

La fel ca produsul său soră, the SI-9300R este modular și scalabil – cu diferite opțiuni de cabinet (42U și 24U) care pot fi controlate și monitorizate prin mai multe PC-uri – în timp ce până la cinci canale pot fi conectate în paralel pentru a permite teste de până la 1000 A. „Ne uităm la aplicații. în cercetare și dezvoltare industrială și într-adevăr în orice mediu de cercetare implicat în testarea prototipului avansat de baterii de mare putere și celule de combustibil”, notează DeSantis.

Un aspect cheie al SI-9300R este implementarea managementului energiei regenerative, care, potrivit echipei de produs, poate genera o economie de spațiu de până la 5 ori și o economie de 90% a costurilor anuale de funcționare față de ciclurile convenționale de baterii. Fără acest tip de intervenție activă, există multă căldură care trebuie disipată atunci când celulele se descarcă pe mai multe canale - și asta înseamnă spațiu suplimentar pentru sistemele de răcire din interiorul analizorului. În SI-9300RCu toate acestea, puterea este recirculată intern între canalele care se descarcă și se încarcă simultan.

Între timp, fiabilitatea sistemului este o preocupare majoră pentru utilizatorii finali ai echipamentelor de ciclu a bateriei – scopul fiind ciclul cu adevărat autonom al acelor secvențe de testare a bateriei. Având în vedere acest lucru, atât DA-6200 și SI-9300R bazați-vă pe tehnologia patentată Direct-to-Disk de la AMETEK SI pentru a asigura o abordare mai sigură și mai robustă a achiziției și stocării datelor. Mai simplu spus: datele de la ciclul bateriei sunt stocate direct pe o unitate de disc – fără PC intermediar – pentru a minimiza riscul pierderii datelor.

Toate acestea sunt întărite de Software-ul Aspire Energy – „sufletul analizoarelor de baterii de la AMETEK” – care oferă un mediu de testare complet integrat pentru gestionarea cicloarelor, camerelor climatice, înregistratoarelor de date și echipamentelor auxiliare. Cu echipele de dezvoltare a produselor adesea dispersate la nivel global, bibliotecile care pot fi partajate ale Aspire permit ca testele, graficele și analiza datelor să fie preconfigurate și partajate de toți utilizatorii pentru a asigura coerența rezultatelor.

Din punct de vedere operațional, este semnificativ faptul că AMETEK SI insistă să desfășoare ingineri de teren pregătiți de companie pentru a sprijini instalarea, punerea în funcțiune și acceptarea ciclurilor de baterii în laboratorul clientului sau în instalația de testare. „Motivațiile noastre sunt clare”, conchide DeSantis. „Totul se referă la prioritizarea unui proces de integrare mai ușor, a unei rezoluții mai rapide a întrebărilor tehnice și a unui program de instruire care este orientat să ofere utilizatorilor finali mulțumiți de fiecare dată.”

Instrumente științifice AMETEK

Timestamp-ul:

Mai mult de la Lumea fizicii