Badanie baterii
Na elektryfikację sektora transportu istotny wpływ mają akumulatory litowo-jonowe . Badania i rozwój w połączeniu z kompleksowym zapewnieniem jakości odgrywają kluczową rolę w dalszym rozwoju komponentów ogniw akumulatorowych, ogniw akumulatorowych i modułów akumulatorowych , a także całych systemów magazynowania wysokiego napięcia do produkcji. Badanie baterii w celu scharakteryzowania zastosowanych materiałów i wygenerowanie pośrednich właściwości produktu to kluczowe warunki postępu.
Dzięki naszemu wieloletniemu doświadczeniu w badaniach mechanicznych w dziedzinie elektromobilności zawsze oferujemy odpowiednią metodę badawczą w całym łańcuchu wartości dla wszystkich dostępnych wariantów akumulatorów. Od surowców, przez materiały, ogniwa i komponenty ogniw, po końcowy montaż w pojeździe i recykling – ZwickRoell to Twój kompetentny partner w kompleksowym badaniu akumulatorów.Ciekawe projekty klientów
W ścisłej współpracy z wiodącymi firmami w branży, instytucjami naukowymi i instytutami badawczymi oferujemy szeroką gamę metod badań mechanicznych specyficznych dla akumulatorów…
Badanie rozciągania Badanie zmęczeniowe Badanie zginania Badanie ściskania Badania odrywania/przyczepności/tarcia Baterie półprzewodnikowe Doardztwo & Wstępne testy Download
…jak i funkcjonalne i strukturalne metody badawcze .
Battery Swelling Test Badania nadużyć mechanicznych (Abuse Test)
W zależności od obszaru zastosowania istnieją różne typy akumulatorów o różnych właściwościach. Najbardziej popularne: Akumulator litowo - jonowy. Znajdują zastosowanie w wielu urządzeniach elektronicznych i pojazdach elektrycznych (EV battery, Electric Vehicle Battery). Istnieje również wiele różnych składów chemicznych komórek, które stale ewoluują. Chemia ogniw prowadzi do niejednorodnych właściwości baterii, dlatego ważna jest również precyzyjna charakterystyka mechaniczna. Formaty ogniw, takie jak ogniwa cylindryczne, pryzmatyczne i woreczkowe, oferują liczne zalety i wady w zakresie gęstości energii, wymagań przestrzennych i wydajności. Dlatego wybór odpowiedniego typu baterii i formatu ogniw zawsze zależy od specyficznych wymagań danego zastosowania. Podsumowując, można stwierdzić, że istnieje wiele różnych podejść w obszarze rozwoju i produkcji baterii . Dlatego konieczna jest duża liczba procedur badawczych.
Jak powstają baterie? Gdzie ważne jest mechaniczne badanie akumulatorów?
- Łańcuch wartości akumulatorów litowo-jonowych rozpoczyna się od wydobycia surowców takich jak lit, kobalt, nikiel i aluminium.
- Po przetworzeniu surowca elementy ogniwa, w tym anoda, katoda i elektrolit, są wytwarzane w złożonym procesie. W tym procesie, czyli produkcji komponentów ogniwa, ważne są badania, które z jednej strony zapewniają jakość i niezawodność, a z drugiej strony pozwalają wygenerować cenne dane do symulacji multifizycznych poprzez charakterystykę danych półproduktu.
- Następnie produkowane są ogniwa akumulatorowe , które następnie montowane są w systemy magazynowania wysokiego napięcia. Badanie mechaniczne akumulatora również odgrywa tutaj kluczową rolę, ponieważ zapewnia funkcjonalność i bezpieczeństwo akumulatora. Dane zbierane są, aby móc ocenić zachowanie ogniw i modułów akumulatorowych w codziennym użytkowaniu.
Dzięki naszym różnorodnym procedurom badawczym w całym łańcuchu wartości pomagamy odpowiedzieć na najważniejsze pytania stojące przed przemysłem i badaniami:
„Jak możemy ujednolicić nasze procesy? Jak obniżyć koszty przy jednoczesnym zwiększeniu wielkości produkcji? Jak zapewnić niezmiennie wysoką jakość i bezpieczeństwo? Jak obniżyć koszty energii, materiałów i surowców, przyczyniając się w ten sposób do zrównoważonego środowiska?“
Aleksander Koprivc - ZwickRoell Business Development Manager Automotive-Electrification
Chętnie pomożemy odpowiedzieć na Twoje pytania, dotyczące badaniaakumulatorów.
Mechaniczne badanie baterii: Folie, elektrody, separatory i obudowy ogniw
Mechaniczne badanie baterii folii, elektrod, separatorów i obudów ogniw akumulatorowych odgrywa kluczową rolę nie tylko w zapewnieniu i dalszym doskonaleniu jakości i wydajności, ale także w zapewnieniu bezproblemowej produkcji. Próby rozciągania, ściskania, zginania, próby zmęczeniowe i próby przyczepności umożliwiają realistyczną charakterystykę tych elementów akumulatora. Uzyskane dane stanowią także podstawę do symulacji multifizycznych. Służą one do numerycznego przewidywania zachowania akumulatora, na przykład w razie wypadku.
Próba rozciągania folii akumulatorowych i powłok elektrod
Próba rozciągania folii akumulatorowych i powłok elektrod określa mechaniczną wytrzymałość i wydłużenie.
Badanie folii akumulatorowych stawia wysokie wymagania technologii testowania, zwłaszcza przy małych grubościach folii <10 µm, w zależności od obszaru zastosowania. Zapewnienie wiarygodnych, powtarzalnych, porównywalnych, a tym samym pewnych wyników badawczych wymaga precyzyjnego obchodzenia się z próbką i niezawodnego jej mocowania. Dlatego przy dokładnym określeniu właściwości materiału w próbie rozciągania decydującą rolę odgrywają:
- pionowe ustawienie próby
- delikatne techniki mocowania i
- bezdotykowe określenie zmiany wydłużenia z pomocą optycznego ekstensometru, jak ekstensometr video VideoXtens
Nacinarka do pasków folii do folii akumulatorowej
Wzorzec do układania próby
Pneumatyczny uchwyt mocujący
Video: Próba rozciągania folii akumulatorowych DIN 50154 / ASTM E345
Normy jak DIN 50154 i ASTM E345 do próby rozciągania cienkich folii akumulatorowych (folie aluminiowe i miedziane, separatory polimerowe) zostają uwzględnione w przebiegach badawczych, wspomagane przez oprogramowanie badawcze testXpertZwickRoell, które zapewnia realizację zgodną z normami.
Aktywny udział w dalszym opracowywaniu norm, zwłaszcza dotyczących materiałów akumulatorowych, gwarantuje, że procedury badawcze ZwickRoell będą w przyszłości nadal spełniać wszystkie wymagania.
Próba rozciągania folii litowo-metalowych
Szczególne wyzwania pojawiają się podczas badania folii litowo-metalowej, ponieważ jej wytrzymałość na rozciąganie można określić jedynie w obojętnym środowisku . ZwickRoell oferuje w tym celu specjalne komory gazowe ochronne (Glove boxes), przygotowanie próbek i manipulację próbkami. Umożliwiają one precyzyjne badanie w kontrolowanych warunkach w celu uzyskania dokładnych wyników.
Próba rozciągania folii separacyjnych
Folie separujące w akumulatorze litowo-jonowym oddzielają anodę i katodę od siebie, aby zapobiec zwarciom elektrycznym. Jednocześnie separator umożliwia przepływ zjonizowanych nośników ładunku, niezbędnych do zamknięcia obwodu w ogniwie elektrochemicznym. Wydajność, żywotność i bezpieczeństwo ogniw akumulatorowych w dużej mierze zależą od funkcji tych separatorów. W zakresie badań spełnione są wymagania zasadnicze stawiane separatorom przez próbę rozciągania zgodnie z ISO 527-3 i ASTM D882 jak i próbę przebicia zgodnie z EN 14477, ASTM D5748 i ASTM F1306 . Testy te przeprowadza się również w stanie zwilżonym elektrolitem, aby uzyskać realistyczne właściwości mechaniczne.
Innym istotnym aspektem jest zachowanie separatora w odniesieniu do współczynnika tarcia pomiędzy powłoką elektrody a separatorem. Parametry te są szczególnie istotne przy ustalaniu parametrów produkcyjnych w procesach nawijania. ZwickRoell umożliwia badania nie tylko w temperaturze pokojowej, ale także w temperaturach roboczych w zakresie od -20°C do +50°C przy wykorzystaniu komór temperaturowychZwickRoell. Zapewnia to kompleksową charakterystykę folii separacyjnych w różnych warunkach.
Film: Próba rozciągania folii separacyjnych
Oprócz separatorów ceramicznych i włóknin z włókna szklanego stosuje się przede wszystkim membrany polimerowe. Wiarygodne określenie wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenia przy zerwaniu pozwala wyciągnąć wnioski na temat integralności folii separatora pod wpływem mechanicznych naprężeń eksploatacyjnych.
Podczas gdy grubsze folie separacyjne skutecznie i bezpiecznie zapobiegają kontaktowi anody z katodą, cieńsze folie umożliwiają zmniejszenie masy akumulatora i poprawę gęstości energii. Próby rozciągania folii separacyjnych zostają przeprowadzone zgodnie ze znormalizowanymi metodami ASTM D882 i ISO 527-3 .
Aby móc automatycznie przeprowadzać próby rozciągania folii akumulatorowych i powłok elektrod, dostępny jest nasz zautomatyzowany system badawczy roboTest F, który został specjalnie opracowany do automatycznego badania próbek niestabilnych wymiarowo.
Czy chcesz dowiedzieć się więcej na temat naszych opcji automatyzacji w badaniu folii akumulatorowej?
Chętnie odpowiemy na Państwa pytania!
Badania zmęczeniowe folii akumulatorowych
Folie akumulatorowe wykonane z miedzi i aluminium pełnią w akumulatorach litowo-jonowych funkcję odbiorników prądu i są narażone na działanie różnorodnych naprężeń zarówno w procesie produkcyjnym, jak i podczas eksploatacji akumulatora.
- W procesie produkcyjnym mogą wystąpić błędy powłoki, takie jak defekty lub nierównomierny rozkład. Chociaż proces kalandrowania może złagodzić takie wady, nie można ich całkowicie wyeliminować.
- Podczas pracy akumulatorowej folie poddawane są obciążeniom termicznym i mechanicznym, co może powodować oznaki zmęczenia. Ponadto reakcje chemiczne z elektrolitami mogą powodować korozję, co wpływa na wydajność akumulatora.
Należy pamiętać, że określone obciążenia i zmęczenie zależą od wielu czynników, w tym od konstrukcji akumulatora i warunków pracy. Dlatego rozwój i optymalizacja akumulatorów zawsze wymaga dokładnego zbadania i scharakteryzowania warstw akumulatorów poprzez badania zmęczeniowe.
Dzięki niewielkim siłom badawczym elektrodynamicznej maszyny wytrzymałościowej LTM można łatwo przeprowadzić badania zmęczeniowe, szczególnie na wrażliwych próbkach. LTM jest wyposażony w technologię napędu bezolejowego . Silnik liniowy jest wyjątkowo cichy i idealnie nadaje się do stosowania w laboratorium.
Aby nie uszkodzić folii akumulatora przez noże pomiarowe, zmianę wydłużenia mierzy się za pomocą optycznego ekstensometru video videoXtens dynamic .
Próby zginania powłok elektrod
Badania zginania mające na celu określenie wytrzymałości na zginanie powłoki materiału aktywnego mają ogromne znaczenie dla żywotności akumulatorów litowo-jonowych.
Materiał aktywny elektrod składa się z powłoki o grubości 50-100 µm, której właściwości mechaniczne mogą się znacznie różnić ze względu na skład chemiczny i proces produkcji. Wiedza ta jest niezbędna do określenia optymalnych ustawień parametrów produkcji, takich jak prędkość przepustowa, kąt walca i siły naprężenia wstępnego. Wyznaczenie wytrzymałości na zginanie za pomocą urządzenia do 2-punktowego zginania umożliwia określenie maksymalnego dopuszczalnego kąta i promienia zginania, przy którym powłoka pozostaje nienaruszona i zachowany jest kontakt folii przewodzącej z materiałem aktywnym. Odpowiednią maszyną wytrzymałościową jest maszyna wytrzymałościowa zwickiLine z 2-punktowym urządzeniem do zginania i zintegrowaną o wysokiej rozdzielczości głowica pomiaru siły .
Badanie na ściskanie folii akumulatorowych, materiału aktywnego i powłok elektrod
Ciśnienie, z jakim warstwy elektrody i separatora są ułożone jeden na drugim, ma kluczowe znaczenie dla skutecznego kontaktu wewnątrz ogniwa. Ciśnienie to znacząco wpływa na żywotność i wydajność ogniwa.
ZwickRoell oferuje różnego rodzaju folii akumulatorowych, materiału aktywnego i elektrod powlekanych , w celu precyzyjnej symulacji i scharakteryzowania tych dynamicznych warunków obciążenia.
- Proces kalandrowania odgrywa kluczową rolę w produkcji elektrod do akumulatorów litowo-jonowych. Na metalową folię (miedź jako anoda, aluminium jako katoda) nanoszona jest pasta z materiału aktywnego, spoiwa i dodatku przewodzącego. Powlekana folia jest prasowana w cienką, równą warstwę za pomocą rolek pracujących pod ciśnieniem i temperaturą.
- Gęstość energii ogniw akumulatorów litowo-jonowych, która znacząco wpływa na zasięg pojazdów napędzanych energią elektryczną, w dużej mierze zależy od tego etapu procesu. Zmienność wielkości procesowych umożliwia optymalizację parametrów systemu i materiału.
- Pomiary odkształcenia ściskającego mają ogromne znaczenie, ponieważ pomagają monitorować i kontrolować jakość i konsystencję elektrod. Pomiary te dostarczają informacji o tym, jak dobrze materiał aktywny jest osadzony w elektrodzie i czy podczas pracy akumulatorowej mogą wystąpić odłączenia. Pomagają także określić optymalne ciśnienie i temperaturę procesu kalandrowania, aby osiągnąć maksymalną gęstość energii i wydajność akumulatora.
Wielofunkcyjna analiza powłok elektrod i prototypowych stosów ogniw (jelly rolls)
Podczas badania powłok elektrod i prototypowych stosów ogniw charakterystyka materiałów i komponentów jest ważna, aby zapewnić ich długoterminową efektywność, wydajność i żywotność. Parametry te są kluczowe dla badań i rozwoju, a także dla zapewnienia jakości.
W tym celu firma ZwickRoell opracowała Multifunctional Cell Component Analyzer (MCCA) . Za pomocą trzech bardzo dokładnych liczników drogi i jednostki poziomującej można precyzyjnie przyłożyć nacisk do jednej powierzchni elektrody. Umożliwia to dokładny pomiar zmiany grubości elektrody w realistycznych warunkach ciśnienia. Jednocześnie mierzony jest opór elektryczny za pomocą pozłacanych płytek drukowych, co pozwala na ocenę w zależności od ciśnienia.
Podczas procesu ładowania i rozładowywania ogniwo puchnie i zanika, co nazywa się "Battery Swelling". Prowadzi to do zmian nacisku na poszczególne elementy. Urządzenie badawcze MCCA umożliwia bardzo precyzyjne „Battery Swelling“-badania na prototypowych ogniwach elementarnych, jak np. Coin Cells pomaga precyzyjnie scharakteryzować zachowanie w cyklu ładowania i rozładowywania najmniejszego powtarzalnego stosu komponentów ogniwa Jelly roll .
Zalety Multifunctional Cell Component Analyzer:
- Bardzo precyzyjny pomiar zachowania naprężenia i odkształcenia powłok elektrod pod ciśnieniem
- Pomiar rezystancji elektrycznej w zależności od ciśnienia
- Pomiar zachowania „Battery Swelling“ prototypowych ogniw elementarnych (Coin Cells)
Badania ściskania o wysokiej precyzji w procesie powlekania elektrod
Głównym wyzwaniem w produkcji akumulatorów jest proces powlekania elektrod. Dla bezpiecznej pracy akumulatora spełnione są ważne kryteria: doskonała stabilność mechaniczna, doskonała przewodność elektryczna i przewidywalne zachowanie materiału aktywnego podczas starzenia. Technologie powlekania elektrod są stale udoskonalane, a obiecujący rozwój powlekania na sucho musi zapewnić podobne lub lepsze właściwości funkcjonalne elektrod, oprócz bardzo wysokiego potencjału oszczędności energii.
- W tym celu istotna jest szczegółowa analiza zachowania się folii akumulatorowych, takich jak separatory i powłoki elektrod, przy ściskaniu . Instrumentalizowana głowica do pomiaru ściśliwości tworzy precyzyjne krzywe siły i przemieszczenia, co umożliwia określenie zachowania się przy odkształceniu sprężystym w badaniach ściskania dla wyjątkowo cienkich warstw. Dostarcza to niezbędnych danych do opracowywania materiałów, zapewniania jakości i symulacji akumulatorów.
- Bezpieczne połączenie pomiędzy materiałem aktywnym a podłożem elektrody ma kluczowe znaczenie dla jakości i wydajności ogniwa akumulatorowego. Aby zapewnić optymalną stabilność mechaniczną materiału aktywnego, należy utrzymać jego porowatość i przewodność przy zmieniającym się ciśnieniu roboczym.
Określanie właściwości wiązania folii separacyjnych
Materiały stosowane na folie separacyjne mogą pod wpływem cyklicznego obciążenia ściskającego wykazywać zachowanie wiążące . To zachowanie wiążące, które prowadzi do zmiany grubości folii, czasami wpływa na wydajność i żywotność baterii. Dzięki uniwersalnym maszynom do badania wytrzymałości na rozciąganie i specjalnym stanowiskom badawczym do testów ściskania, MCCA i nanoindenterów, ZwickRoell oferuje różnorodny zakres metod badawczych do charakteryzowania zachowania się folii separacyjnych.
Próby odrywania i przyczepności w badaniach akumulatorów
Oprócz właściwości mechanicznych, decydujące znaczenie ma także siła przyczepności jednostronnych lub dwustronnych powłok na folii ogranicznika, ponieważ to połączenie w dużej mierze odpowiada za wewnętrzne przewodnictwo akumulatora. Ponieważ wytrzymałość na przyczepność może się zmieniać wraz ze starzeniem się akumulatora, ważne jest, aby zapewnić trwałość wiązania. Można to sprawdzić wykonując badania odrywania i przyczepności . Odwarstwienia materiału aktywnego unoszące się w elektrolicie znacząco pogarszają bezpieczeństwo ogniwa. Dlatego sprawdzenie siły przyczepności powłoki elektrody zarówno na anodzie, jak i katodzie ma ogromne znaczenie w monitorowaniu produkcji bezpośrednio na linii produkcyjnej ogniwa.
Mechaniczną wytrzymałość przyczepności pomiędzy materiałem aktywnym a podłożem określa się na różne sposoby:
Próba odrywania 90° i 180°
Najpopularniejszą metodą określania wytrzymałości mechanicznej przyczepności pomiędzy materiałem aktywnym a podłożem jest próba odrywania przy kącie odrywania 90° lub 180°.
- W obu wariantach powlekaną folię nanosi się na materiał nośny, a następnie odrywa na maszynie wytrzymałościowej pod określonym kątem odrywania.
- Procedury nie są ujednolicone i dlatego bardzo trudno je porównywać.
- Ważna jakościowa ocena rodzaju uszkodzenia (pęknięcie kohezyjne lub adhezyjne) jest możliwa dzięki tej metodzie jedynie w ograniczonym zakresie.
- Kolejnymi wadami tych testów jest duże zużycie materiału i skomplikowane przygotowanie próbki.
Film: Próby odrywania, przebijania i zginania folii akumulatorowych
- Próby odrywania pod kątem 90° / 180° w celu określenia wytrzymałości mechanicznej przyczepności pomiędzy materiałem aktywnym a podłożem na potrzeby kontroli jakości i badań i rozwoju.
- Próby przebicia folii separacyjnych w celu określenia odporności na przebicie w celu uniknięcia problemów związanych z bezpieczeństwem, ponieważ folia musi wytrzymywać określoną odporność na wpływy mechaniczne.
- 2-punktowa próba zginania mające na celu scharakteryzowanie wytrzymałości na zginanie różnych materiałów w celu zidentyfikowania odchyleń od określonych parametrów, które mogą prowadzić do pęknięć w produkcji i problemów z bezpieczeństwem.
Próba przyczepności w kierunku Z
Bardziej pewnym i powtarzalnym określeniem przyczepności oraz oceną rodzaju uszkodzenia jest próba przyczepności w kierunku Z. Jednocześnie można przygotować pięć próbek za pomocą jednego urządzenia do pobierania próbek w urządzeniu trakcyjnym „Z-Direction" . Ponadto maszyna wytrzymałościowa automatycznie wykonuje zdefiniowane parametry docisku i czasu trwania, jednakowo dla każdej pojedynczej próbki. To urządzenie badawcze pomaga zmniejszyć wpływ użytkownika na wynik pomiaru w porównaniu z testami odrywania.
Następnie każdą pojedynczą próbkę odrywa się w kierunku Z i określa się wyraźną maksymalną wartość wytrzymałości przyczepności. Oprócz bardzo wydajnego przygotowania próbki i dużej powtarzalności, metoda ta pozwala również na jednoznaczne określenie składowych kohezji i adhezji układu pęknięć. Dobra porównywalność wyników uzyskanych tą metodą badawczą umożliwia także rzetelne monitorowanie jakości powłok w procesie produkcyjnym.
Film: Badanie przyczepności powłok elektrod
Badanie przyczepności w kierunku Z jest bardziej niezawodną i powtarzalną metodą określania siły przyczepności pomiędzy powłokami materiału aktywnego a elektrodami (folią Al lub Cu) w akumulatorach litowo-jonowych oraz oceny rodzaju uszkodzenia.
- W zapewnianiu jakości próby odrywania są ważnym wskaźnikiem niezawodności procesu, jeśli chodzi o siłę przyczepności powłoki. Im lepsza siła przyczepności, tym lepsza wydajność i żywotność baterii.
- Jeśli prowadzisz działalność badawczo-rozwojową nasze próby odrywania pomogą zoptymalizować możliwe kombinacje różnych materiałów, a tym samym zwiększyć wydajność baterii.
Badania tarcia powłok elektrod, folii przewodzących i separatorów
Określenie współczynników tarcia powłok elektrod, folii przewodzących i separatorów w produkcji akumulatorów litowo-jonowych ma kluczowe znaczenie dla identyfikacji potencjalnych problemów w procesie produkcyjnym oraz zapewnienia jakości i wydajności akumulatorów.
Możliwe badania tarcia to:
- Badanie przyczepności warstw: W ogniwie akumulatora badana jest przyczepność pomiędzy różnymi warstwami. Przyłożenie określonej siły lub obciążenia pozwala ocenić tendencję warstw do oddzielania się lub przylegania. Powstałe siły separacji warstw pozwalają na wyciągnięcie wniosków na temat współczynników tarcia.
- Badanie siły nacisku i przemieszczenia: Badania te mierzą siłę wymaganą do przemieszczania lub oddzielania od siebie materiałów o różnych powłokach lub powierzchniach. Pozwala to zrozumieć zachowanie materiałów pod naciskiem i określić ilościowo współczynnik tarcia.
Charakterystyka komponentów baterii półprzewodnikowych
Wraz z eliminacją ciekłego elektrolitu w akumulatorach półprzewodnikowych pojawiają się nowe wyzwania, takie jak kontakt warstwy granicznej, rozszerzalność cieplna i odporność na starzenie. Do charakterystyki komponentów baterii półprzewodnikowych ZwickRoell oferuje obszerne procedury badawcze spełniające specjalne wymagania akumulatorów półprzewodnikowych.
- Charakterystyka mechaniczna anody litowo-metalowej może być wyzwaniem. Przygotowanie próbki i oznaczenie wytrzymałości na rozciąganie należy przeprowadzić w środowisku gazu obojętnego ze względu na silną degradację. Ponadto wrażliwy, plastyczny materiał wymaga niezwykle ostrożnego obchodzenia się w specjalnych zaciskach do próbek i niezawodnego określenia odkształcenia podłużnego za pomocą ekstensometru optycznego. ZwickRoell oferuje w tym celu specjalne ochronne komory gazowe (Glove boxes), przygotowanie próbek i manipulację próbkami, a także dopasowany optyczny ekstensometr za pomocą którego można wykonywać pomiary bez dotykania próbki.
- Kolejnym wyzwaniem jest określenie właściwości mechanicznych kolejnych elementów, takich jak katoda kompozytowa czy separator elektrolitu stałego. Wytrzymałość tych elementów znacząco wpływa na konstrukcję procesów produkcyjnych i bezpieczną funkcjonalność w pracy akumulatorowej. Za pomocą twardościomierza nano ZHN można scharakteryzować stałe elektrolity wykonane z polimerów, tlenków lub siarczków o różnych właściwościach mechanicznych w celu zbadania modułu sprężystości, twardości, wytrzymałości na zginanie i odporności na pękanie.
Badanie funkcjonalne i strukturalne akumulatorów: Elementy akumulatorów, ogniwa i zespoły ogniw
Badanie funkcjonalne i strukturalne ogniw i połączeń ogniw odgrywa kluczową rolę w montażu ogniw w moduły i pakiety, a także dla bezpieczeństwa pracy baterii. Battery Swelling, czyli pęcznienie akumulatorów podczas ładowania i rozładowywania, określa się za pomocą bardzo precyzyjnych testów Swelling , aby uwzględnić to w dalszych etapach. Ciśnienie panujące w ogniwie badane jest w próbach zgniatania i zginania , w tym także w próbach nadużyć, jak próba przebicia igłą.
Battery Swelling Test: Charakterystyka zachowania ogniwa w cyklu ładowania i rozładowania
Zachowanie ogniw akumulatora podczas procesu ładowania i rozładowywania, w szczególności rozszerzanie się ogniw, tzw. "Battery Swelling" lub "Battery Breathing", wpływa na wydajność i żywotność. Zjawisko to jest szczególnie widoczne w ogniwach pryzmatycznych i kieszeniowych, a także w akumulatorach półprzewodnikowych. Jednak zrozumienie ekspansji ogniw cylindrycznych staje się coraz ważniejsze w opracowywaniu nowych generacji akumulatorów.
Dokładne scharakteryzowanie tego zachowania przy jednoczesnej kontroli temperatury jest kluczowe. Przy montażu w module należy uwzględnić oddychanie ogniwa, ponieważ rozszerzanie się ogniw w module powoduje zmianę ciśnienia na ogniwo. To ciśnienie i temperatura znacząco wpływają na trwałość i wydajność ogniw. Dlatego ważna jest dokładna charakterystyka oddychania komórkowego i Swellings. ZwickRoell oferuje różne podejścia do charakteryzowania zachowania ogniw w cyklu ładowania i rozładowywania , w tym cykle elektryczne, bardzo dokładny pomiar odkształceń, długoterminowe przebiegi testów i kontrolę temperatury.
- Podgrzewanie całego ogniwa akumulatora
Ogniwo akumulatora jest podgrzewane za pomocą komory temperaturowej do żądanej temperatury roboczej, która jest utrzymywana na stałym poziomie w komorze przez cały czas trwania badania. Regulacja odbywa się w tym przypadku w oparciu o temperaturę otoczenia w komorze temperaturowej. W zależności od ryzyka bezpieczeństwo podczas badania zapewnia komora temperaturowa lub komora ochronna dopasowana do odpowiedniego stopnia zagrożenia. - Precyzyjne i jednorodne podnoszenie temperatury całego ogniwa akumulatora
Poprzez aktywne ogrzewanie i chłodzenie płyt ściskających temperatura powierzchni ogniwa akumulatora jest równomiernie hartowana i precyzyjnie regulowana od góry i od dołu. Z drugiej strony można również kompensować lokalne wahania temperatury w ogniwie akumulatora. Przeciwdziała się krytycznym temperaturom, takim jak wysokie prądy wyładowcze, zapewniając niezawodne badanie.
Ten typ badania został opracowany we współpracy z firmą MBTS . W artykule zbadano wpływ różnych temperatur, ciśnień i szybkości rozładowania na właściwości elektryczne znormalizowanego ogniwa akumulatora litowo-jonowego do zastosowań motoryzacyjnych.
Do artykułu
Battery Abuse Testing
Battery Abuse Tests, nazywane także testami niewłaściwego użycia to niszczące testy bezpieczeństwa akumulatorów litowo - jonowych. Testy te są wymagane w przypadku wprowadzania do obrotu i stosowania akumulatorów w zastosowaniach motoryzacyjnych. Podczas testów akumulator poddawany jest ekstremalnym warunkom, aby zapewnić jego bezpieczeństwo i niezawodność. Oprócz testów termicznych i elektrycznych, typowe badania nadużyć obejmują również badania mechaniczne.
Badania mechaniczne polegają na fizycznym obciążeniu akumulatora poprzez penetrację go przedmiotem lub poddanie go naprężeniom mechanicznym w celu sprawdzenia jego integralności. Przy tym bada się na przykład penetrację igłą (Nailing), powodująca wewnętrzne zwarcie lub zgniatanie (Crash) które wpływa na funkcjonalność i bezpieczeństwo techniczne akumulatora.
Te tak zwane Battery Abuse Tests zazwyczaj prowadzą do niekontrolowanej zmiany temperatury (w języku angielskim Thermal Runaway), która może skutkować pożarem lub eksplozją. Ze względu na przepisy ochrony środowiska i świadomość bezpieczeństwa pracy, testów tych nie wolno przeprowadzać na otwartej przestrzeni lub w starych budynkach bez oczyszczania gazów spalinowych, aby zapewnić powtarzalne warunki środowiskowe.
Dzięki uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej Allroundline Z100 firmy ZwickRoell komorze Weisstechnik Extreme Event można przeprowadzać Battery Abuse Tests z maksymalną siłą 100 kN. Dzięki modułowości mechanicznej narzędzia badawcze można łatwo i bezpiecznie wymieniać, a na jednej maszynie można bezpiecznie przeprowadzać różne testy nadużyć mechanicznych. Ocenę wyników badawczych osiąga się z pomocą oprogramowania badawczego testXpert.
Battery Abuse Testing - Przykłady testów nadużyć mechanicznych
Wszechstronna wiedza specjalistyczna w zakresie badania wytrzymałości materiałów, dostęp do wszystkich precyzyjnych maszyn badawczych i cała oferta akcesoriów w naszym centrum badawczym akumulatorów ZwickRoell służą poradą w zakresie techniki aplikacyjnej.
Jesteś zainteresowany bezpłatnymi wstępnymi badaniami w naszym centrum badania akumulatorów? Chętnie doradzimy Państwu w wyborze odpowiedniego sprzętu badawczego.
Skontaktuj się z nami teraz Doradztwo & Technika aplikacyjna
Badania mechaniczne odgrywają kluczową rolę zarówno w dalszym rozwoju technologii akumulatorów, jak i zapewnianiu jakości produkcji akumulatorów. Główne wyzwania materiałowe, ale także wymagania wielofizyczne (mechanika, temperatura, energia elektryczna) wymagają ścisłej współpracy między klientami akumulatorów a producentami badań. Naszą misją jest opracowanie najlepszej możliwej koncepcji badawczej dla naszych klientów i wspólnie z nimi.
Nasze nowe laboratorium, badające akumulatory dysponuje najnowocześniejszą techniką badawczą, umożliwiającą przeprowadzanie różnych mechanicznych badań akumulatorów w celu charakteryzacji ogniw, zarówno w badaniach, rozwoju, jak i produkcji akumulatorów. Dwóch ekspertów ds. aplikacji jest dostępnych dla naszych klientów w celu przeprowadzenia prób na miejscu lub zdalnie. W ten sposób chcemy mieć pewność, że znajdziemy najlepszą możliwą koncepcję badawczą, spełniającą wymagania naszych klientów.
Zapraszamy do wirtualnego obejrzenia naszego laboratorium lub skontaktowania się z nami już dziś – chętnie Ci doradzimy!
