电池循环仪：揭示电化学材料和设备的细节 – 物理世界

电池循环仪：揭示电化学材料和设备的细节 – 物理世界

时间戳记：4年2024月10日上午45:XNUMX

AMETEK Scientific Instruments 的多功能电池分析仪正在应用研发和生产环境中使用，可在较长时间内实现可重复的测试序列

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-IMG_1666-scaled.jpg" data-caption="量身定做 AMETEK SI 的 SI-6200 和 SI-9300R 电池循环仪使研究人员和制造商能够比较新型电池化学成分和材料的优点。上图：AMETEK SI 现场工程师在客户测试设施监督 SI-9300R 的安装、调试和验收。 （由 AMETEK SI 提供）” title=”单击以在弹出窗口中打开图像” href=”https://physicalsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-IMG_1666-scaled.jpg”>AMETEK SI 工程师监督电池循环仪的安装
量身定做 AMETEK SI 的 SI-6200 和 SI-9300R 电池循环仪使研究人员和制造商能够比较新型电池化学成分和材料的优点。上图：AMETEK SI 现场工程师在客户测试设施监督 SI-9300R 的安装、调试和验收。 （由阿美特克 SI 提供）

尖端技术涵盖成本、性能和创新的所有基础。这是产品开发团队的座右铭 阿美特克科学仪器 (AMETEK SI)，美国电化学研究和电池表征专业测试系统制造商。放大一点，操作参考点同样清晰。前沿和中心是国际化的客户组合——涵盖学术研究、行业研发和批量制造——加上全面的电化学产品组合——电池循环仪、恒电位仪、恒电流仪、频率响应分析仪以及更多辅助硬件和软件。

一致性就是一切，AMETEK SI 最终用户和产品在各种测试和测量应用（储能系统、物理电化学、腐蚀科学、生物医学设备和固态材料）中同步映射，并建立在 100 多个组合的基础上制造商的三个核心品牌：Princeton Applied Research、Solartron Analytical 和 Signal Recovery 多年来的技术领先地位。

随着时间的推移表现

如果这就是背景故事，那么现在和下一步的发展路线图又会怎样呢？近期，技术创新与不断变化的最终用户需求的结合凸显了 AMETEK SI 的最新产品： SI-6200 和 SI-9300R 电池循环仪，用于对用于手机、个人电脑、电动汽车 (EV) 等应用的先进电池进行研究和生产测试。简而言之，这些高性能电池循环仪使研究人员和制造商能够比较新型电池化学物质和材料的优点，并在较长的时间范围（几周到几个月）内运行可重复的循环测试，以验证沿多个坐标的寿命性能。

因此，AMETEK SI 电池循环仪可实现各种测试功能：恒流、恒压 (CC-CV)；恒定功率（CP）；恒定电阻（CR）；循环伏安法（CV）；以及一系列快速脉冲和电压/电流斜坡方案。先进的诊断模式也在组合中，包括电阻抗谱（EIS），一种用于所谓“充电状态”（SOC）分析和电池内部早期故障检测的非破坏性技术；城市驾驶模式循环测试（任意波形），以模拟电动汽车应用中电池所经历的真实环境；和差异容量分析，以跟踪电池材料在重复充电/放电循环中的健康状态 (SOH) 和结构变化。

SI-6200就其本身而言，旨在以每通道高达 200 mA/10 V 的电流测试下一代电池材料、超级电容器和微型燃料电池。该分析仪的主要特点包括：使用可堆叠 10 通道模块（或基于机柜）进行独立操作；快速的数据采集速度（所有通道每秒进行数千次测量）；以及合并高分辨率 24 位转换器（以便能够及早检测细胞行为的微小差异）。

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-M-DeSantis-headshot.jpg" data-caption="马西莫·德桑蒂斯 “这一切都是为了每次都优先考虑满意的最终用户。” （由 AMETEK SI 提供）” title=”单击以在弹出窗口中打开图像” href=”https://physicalsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/web-M-DeSantis-headshot.jpg”>马西莫·德桑蒂斯
马西莫·德桑蒂斯 “这一切都是为了每次都优先考虑满意的最终用户。” （由阿美特克 SI 提供）

“由于每个通道的电流相对较低， SI-6200 主要专注于原型纽扣电池和小型储能设备的测试”，AMETEK 先进测量技术 (AMT) 部门副总裁 Massimo DeSantis 解释道，AMT 是一个更广泛的业务部门，包括 AMETEK SI。 “尽管循环仪也可以在生产环境中使用，但这种初始阶段的设备开发和测试代表了应用程序的‘最佳点’。”

值得注意的是，EIS能力以前仅限于学术研究领域，现在正在向工业研发和生产测试领域过渡。不难看出原因。首先，EIS 可以对不同频率下的电阻、电容和阻抗进行精细分析，以跟踪电池的电气响应。这些与频率相关的见解揭示了各种性能问题——其中包括副反应、电极退化、电解质老化和 SOH 退化。

此外，EIS 是一种非侵入性技术，可用于 原位 或实时监控而不中断电池的正常运行模式。这是一个巨大的胜利，意味着制造商可以在不同的生产阶段对电池部署 EIS 测量，确保性能的一致性并在制造过程的早期检测任何缺陷或异常（此时工作流程效率和设备可靠性至关重要）。

权力的进展

通过扩展， SI-9300R 电池循环仪——电池的“老大哥” SI-6200 – 设计用于测试高达 10 V/200 A 的高功率电池、燃料电池和电解槽。因此， SI-9300R 执行与以下相同的基本功能 SI-6200 – 具有内置 EIS 功能 – 但具有针对电动汽车电池和所谓电动汽车“第二生命”电池（已达到“汽车寿命”终点，同时保留约 70-80 剩余容量）开发商的附加功能%）。

与其姊妹产品一样， SI-9300R 是模块化和可扩展的 – 具有不同的机柜选项（42U 和 24U），可以通过多台 PC 进行控制和监控 – 同时可以并行连接多达 1000 个通道，以实现高达 XNUMX A 的测试。“我们正在研究应用在工业研发以及任何从事高功率电池和燃料电池先进原型测试的研究环境中，”DeSantis 指出。

的一个关键方面 SI-9300R 据产品团队介绍，与传统电池循环器相比，再生电源管理的实施可节省高达 5 倍的空间，并节省 90% 的年运行成本。如果没有这种主动干预，当电池在多个通道上放电时，就会散发大量热量，这意味着分析仪内部冷却系统需要增加空间。在里面 SI-9300R然而，电力在同时放电和充电的通道之间进行内部再循环。

与此同时，系统可靠性是电池循环仪设备最终用户的主要关注点——目标是真正实现这些电池测试序列的自主循环。考虑到这一点，双方 SI-6200 和 SI-9300R 依靠 AMETEK SI 的专利 Direct-to-Disk 技术来确保更安全、更稳健的数据采集和存储方法。简而言之：电池循环仪的数据直接存储到磁盘驱动器上（无需中间 PC），以最大限度地降低数据丢失的风险。

所有这些都得到了加强 渴望能源软件 – “AMETEK 电池分析仪的灵魂” – 为循环仪、气候室、数据记录仪和辅助设备的管理提供完全集成的测试环境。由于产品开发团队通常分散在全球，Aspire 的可共享库使测试、图表和数据分析能够预先配置并由所有用户共享，以确保结果的一致性。

从运营角度来看，AMETEK SI 坚持部署经过公司培训的现场工程师来支持其电池循环仪在客户实验室或测试设施中的安装、调试和验收非常重要。 “我们的动机很明确，”德桑蒂斯总结道。 “这一切都是为了优先考虑更顺畅的入职流程、更快地解决技术问题以及旨在每次都为最终用户提供满意服务的培训计划。”

阿美特克科学仪器

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