Pil testi
Taşımacılık sektörünün elektrifikasyonu lityum iyon pillerden önemli ölçüde etkileniyor. Araştırma ve geliştirme, kapsamlı kalite güvencesiyle birleştiğinde batarya hücresi bileşenlerinin, batarya hücrelerinin ve batarya modüllerinin yanı sıra üretime yönelik tüm yüksek gerilim depolama sistemlerinin daha da geliştirilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Kullanılan malzemeleri karakterize etmeye yönelik batarya testleri ve ara ürün özelliklerinin oluşturulması, ilerleme için çok önemli ön koşullardır.
Elektromobilite alanında mekanik testlerde uzun yıllara dayanan deneyimimiz sayesinde, mevcut tüm batarya çeşitleri için her zaman değer zincirinin tamamı boyunca doğru test yöntemini sunuyoruz. Hammaddelerden malzemelere, hücrelere ve hücre bileşenlerine, araçtaki son montaja ve geri dönüşüme kadar ZwickRoell, kapsamlı batarya testleri için yetkin ortağınızdır.Dikkat çekici müşteri projeleri
Sektörün önde gelen şirketleri, bilimsel kurumlar ve araştırma enstitüleri ile yakın işbirliği içinde, bataryaya özel çok çeşitli mekanik test yöntemleri sunuyoruz…
Çekme testi Yorulma testi Eğme testi Basma testi Soyulma/yapışma/sürtünme testleri Katı hal bataryalar Batarya test laboratuvarında tavsiye ve ön testler İndirmeler
Uygulama alanına bağlı olarak, çeşitli özelliklere sahip farklı batarya türleri vardır. En iyi bilinenleri: Lityum-iyon bataryalar. Birçok elektronik cihazda ve elektrikli araçlarda (EV bataryası, elektrikli araç bataryası) kullanılırlar. Ayrıca sürekli gelişen çeşitli farklı hücre kimyaları da vardır. Hücre kimyaları heterojen batarya özelliklerine yol açar, bu nedenle hassas mekanik karakterizasyon da önemlidir. Silindirik, prizmatik ve torba hücreler gibi hücre formatları, enerji yoğunluğu, alan gereksinimleri ve performans açısından çok sayıda avantaj ve dezavantaj sunar. Bu nedenle uygun batarya tipinin ve hücre formatının seçimi her zaman ilgili uygulamanın özel gereksinimlerine bağlıdır. Özetle batarya geliştirme ve/üretim alanında çok çeşitli farklı yaklaşımların olduğu söylenebilir. Bu nedenle çok sayıda test prosedürü gereklidir.
Bataryalar nasıl üretilir? Mekanik batarya testi nerede önemlidir?
- Lityum-iyon bataryaların değer zinciri lityum, kobalt, nikel ve alüminyum gibi hammaddelerin çıkarılmasıyla başlar.
- Hammaddeler işlendikten sonra, anot, katot ve elektrolit dahil olmak üzere hücre bileşenleri karmaşık bir süreçte üretilir. Bu süreçte, yani hücre bileşeni üretiminde, bir yandan kalite ve güvenilirliği sağlamak, diğer yandan da ara ürün özelliklerini karakterize ederek çoklu fiziksel simülasyonlar için değerli veriler üretmek için testler önemlidir.
- Batarya hücreleri daha sonra üretilir ve yüksek voltajlı depolama sistemlerine monte edilir. Mekanik batarya testleri de bataryanın işlevselliğini ve güvenliğini sağladığı için burada belirleyici bir rol oynamaktadır. Batarya hücrelerinin ve modüllerinin günlük kullanımdaki davranışlarını değerlendirmek için veriler toplanır.
Değer zinciri boyunca çeşitli test prosedürlerimizle endüstrinin ve araştırmanın karşılaştığı en önemli soruların yanıtlanmasına yardımcı oluyoruz:
“Süreçlerimizi nasıl standartlaştırabiliriz? Üretim adetlerini arttırırken maliyetlerimizi nasıl azaltırız? Sürekli olarak yüksek kalite ve güvenliği nasıl sağlıyoruz? Enerji, malzeme ve hammadde maliyetlerini nasıl düşürüp sürdürülebilir bir çevreye nasıl katkıda bulunabiliriz?”
Aleksander Koprivc - ZwickRoell İş Geliştirme Müdürü Otomotiv Elektrifikasyonu
Batarya testiyle ilgili sorularınızı yanıtlamanıza yardımcı olmaktan mutluluk duyarız.
Mekanik batarya testi: Folyolar, elektrotlar, separatörler ve hücre muhafazaları
Folyoların, elektrotların, separatörlerin ve hücre muhafazalarının mekanik batarya testleri, yalnızca kalite ve performansın garanti edilmesi ve daha da geliştirilmesinde değil, aynı zamanda sorunsuz üretimin sağlanmasında da belirleyici bir rol oynamaktadır. Çekme, sıkıştırma, eğme, yorulma ve yapışma testleri, bu batarya bileşenlerinin gerçekçi bir şekilde karakterize edilmesini sağlar. Elde edilen veriler aynı zamanda çoklu fizik simülasyonları için de temel oluşturmaktadır. Bunlar, örneğin bir çarpışma durumunda bataryanın davranışını sayısal olarak tahmin etmek için kullanılır.
Batarya folyoları ve kaplanmış elektrotlar üzerinde çekme testleri
Batarya folyoları ve kaplanmış elektrotlar üzerindeki çekme testleri, mekanik mukavemeti ve uzamayı belirler.
Batarya folyolarının test edilmesi, özellikle uygulama alanına bağlı olarak <10 µm'lik düşük folyo kalınlıklarında test teknolojisine yüksek talepler getirir. Esnek, tekrarlanabilir, karşılaştırılabilir ve dolayısıyla güvenilir test sonuçlarının sağlanması, hassas numune işleme ve güvenilir numune sıkıştırma gerektirir. Çekme testinde malzeme özelliklerinin hassas bir şekilde belirlenmesinde belirleyici bir rol bu nedenle aşağıdakiler tarafından oynanır:
- numunenin dikey hizalanması
- nazik sıkıştırma teknikleri ve
- VideoXtens video ekstansometre gibi optik ekstansometreler kullanılarak uzunluktaki değişimin temassız belirlenmesi
Batarya folyosu için folyo şerit kesici
Numune yerleştirme yardımı
Pnömatik Çene
Video: DIN 50154 / ASTM E345 batarya folyosu çekme testi
İnce batarya folyoları (alüminyum ve bakır folyolar, polimer ayırıcılar) üzerinde çekme testleri için DIN 50154 ve ASTM E345 gibi standartlar, standartlara uygun uygulamayı sağlayan ZwickRoell testXpert test yazılımı tarafından desteklenen test prosedürlerinde dikkate alınabilir.
Özellikle batarya malzemeleri için standartların daha da geliştirilmesine aktif katılım, ZwickRoell'in test yöntemlerinin gelecekteki tüm gereksinimleri karşılamaya devam etmesini sağlar.
Lityum metal folyolar üzerinde çekme testi
Lityum metal folyoları test ederken özel zorluklar ortaya çıkar, çünkü gerilme mukavemetleri sadece inert bir ortamda belirlenebilir. ZwickRoell, bu amaç için özel koruyucu gaz odaları (eldiven kutuları), numune hazırlama ve numune manipülasyonu sunar. Bunlar, doğru sonuçlar için kontrollü koşullar altında hassas testlere olanak sağlar.
Ayırıcı folyolar üzerinde çekme testi
Lityum iyon pildeki ayırıcı folyolar, elektriksel kısa devreleri önlemek için anot ve katodu birbirinden ayırır. Ayırıcı aynı zamanda bir elektrokimyasal hücredeki devreyi kapatmak için gerekli olan iyonize yük taşıyıcılarının akışına da izin verir. Pil hücrelerinin verimliliği, servis ömrü ve güvenliği büyük ölçüde bu ayırıcıların işlevine bağlıdır. Test açısından, ayırıcılar için temel gereklilikler, ISO 527-3 ve ASTM D882'ye göre çekme testlerinin yanı sıra EN 14477, ASTM D5748 ve ASTM F1306'ya göre delme testleri kapsamındadır. Bu testler aynı zamanda gerçekçi mekanik özellikler elde etmek amacıyla elektrolitle ıslatılmış durumda da gerçekleştirilir.
İlgili başka bir husus, ayırıcının, elektrot kaplaması ile ayırıcı arasındaki sürtünme katsayısına ilişkin davranışıdır. Bu parametreler, sarım proseslerinde üretim parametrelerinin ayarlanması için özellikle önemlidir. ZwickRoell, ZwickRoell ısı kabini kullanarak yalnızca oda sıcaklığında değil, aynı zamanda -20 °C ile +50 °C arasındaki çalışma sıcaklıklarında da test yapılmasına olanak sağlar. Bu, ayırıcı filmlerin farklı koşullar altında kapsamlı bir karakterizasyonunu sağlar.
Video: Ayırıcı folyolarda çekme testi
Seramik ayırıcılar ve cam elyaflı dokunmamış kumaşların yanı sıra öncelikli olarak polimer membranlar kullanılmaktadır. Çekme mukavemetinin ve kopma uzamasının güvenilir bir şekilde belirlenmesi, ayırıcı folyonun operasyonel mekanik stres altında bütünlüğü hakkında sonuçlar sağlar.
Daha kalın ayırıcı folyolar, anot ve katot arasındaki teması verimli ve güvenli bir şekilde önlerken, daha ince folyolar, bataryanın ağırlığının azaltılmasına ve enerji yoğunluğunun iyileştirilmesine olanak tanır. Ayırıcı folyolar üzerindeki çekme testleri, standartlaştırılmış ASTM D882 ve ISO 527-3 prosedürlerine göre gerçekleştirilir.
Batarya folyoları ve kaplanmış elektrotlar üzerinde çekme testlerini otomatik olarak yapabilmek için, boyutsal olarak stabil olmayan numunelerin otomatik testi için özel olarak geliştirilmiş robot test sistemimiz roboTest F mevcuttur.
Batarya folyo testindeki otomasyon seçeneklerimiz hakkında daha fazla bilgi edinmek ister misiniz?
Yardımcı olmaktan mutluluk duyarız!
Batarya folyoları üzerinde yorulma testleri
Bakır ve alüminyumdan yapılmış batarya folyoları, lityum iyon bataryalarda akım toplayıcı görevi görür ve hem üretim sürecinde hem de bataryanın çalışması sırasında çeşitli gerilimlere maruz kalır.
- Üretim süreci sırasında kusurlar veya eşit olmayan dağılım gibi kaplama kusurları meydana gelebilir. Kalenderleme işlemi bu tür kusurları azaltabilse de tamamen ortadan kaldırılamaz.
- Batarya ile çalışma sırasında folyolar termal ve mekanik strese maruz kalır ve bu da yorulma belirtilerine yol açabilir. Ayrıca elektrolitlerle kimyasal reaksiyonlar korozyona neden olabilir ve bu da batarya performansını etkiler.
Belirli yüklerin ve yorgunluğun,batarya tasarımı ve çalışma koşulları dahil olmak üzere birçok faktöre bağlı olduğunu unutmamak çok önemlidir. Bu nedenle, batarya geliştirme ve optimizasyonu her zaman batarya folyolarının yoluyla kapsamlı bir şekilde incelenmesini ve karakterize edilmesini gerektirir.
LTM elektrodinamik test cihazının küçük test kuvvetleri sayesinde özellikle hassas numuneler üzerinde yorulma testleri kolaylıkla gerçekleştirilebilmektedir. LTM yağsız tahrik teknolojisiyle donatılmıştır. Lineer motor özellikle sessizdir ve laboratuvarda kullanım için idealdir.
Ölçüm bıçaklarının batarya folyosuna zarar vermemesi için uzamadaki değişim videoXtens dinamik optik video ekstensometre ile ölçülür.
Elektrot kaplamalarında bükme testleri
Bükme testleri Aktif malzeme kaplamasının bükme mukavemetinin belirlenmesi, lityum iyon bataryaların servis ömrü açısından büyük önem taşımaktadır.
Elektrotların aktif malzemesi, kimyasal bileşime ve üretim sürecine bağlı olarak mekanik özellikleri büyük ölçüde değişebilen 50-100 µm kalınlığında bir kaplamadan oluşur. Bu bilgi, üretim hızı, yuvarlanma açısı ve ön gerdirme kuvvetleri gibi üretim parametrelerine yönelik optimum ayarları tanımlamak için gereklidir. 2 noktalı bir bükme cihazı kullanılarak bükülme mukavemetinin belirlenmesi, kaplamanın sağlam kaldığı ve durdurucu folyo ile aktif malzeme arasındaki temasın korunduğu izin verilen maksimum bükülme açısının ve bükülme yarıçapının belirlenmesini sağlar. 2 noktalı bükme cihazına ve entegre yüksek çözünürlüklü yük ölçme hücresine sahip zwickiLine test cihazı, uygun bir test cihazı olduğunu kanıtlıyor.
Batarya folyoları, aktif malzeme ve kaplamalı elektrotlar için basma testleri
Elektrot ve ayırıcı katmanların istiflendiği basınç, hücre içinde etkili temas için çok önemlidir. Bu basınç hücrenin ömrünü ve performansını önemli ölçüde etkiler.
ZwickRoell, bu dinamik yükleme koşullarını hassas bir şekilde simüle etmek ve karakterize etmek amacıyla batarya folyoları, aktif malzeme ve kaplanmış elektrotlar için çeşitli basma testleri sunmaktadır.
- Kalenderleme işlemi, lityum iyon bataryalar için elektrotların üretiminde merkezi bir rol oynar. Aktif madde, bağlayıcı ve iletken katkı maddesinden oluşan bir macun, metal bir folyoya (anot için bakır, katot için alüminyum) uygulanır. Kaplanan folyo, basma ve sıcaklık altında çalışan silindirler vasıtasıyla ince, eşit bir tabaka halinde preslenir.
- Elektrikle çalışan araçların menzilini önemli ölçüde etkileyen lityum iyon batarya hücrelerinin enerji yoğunluğu büyük ölçüde bu işlem adımına bağlıdır. Proses değişkenlerinin değişimi sistem ve malzeme parametrelerinin optimizasyonunu sağlar.
- Basma deformasyonu ölçümleri, elektrotların kalitesini ve tutarlılığını izlemeye ve kontrol etmeye yardımcı olduğu için oldukça önemlidir. Bu ölçümler, aktif malzemenin elektroda ne kadar iyi gömüldüğü ve batarya çalışması sırasında ayrılma olup olmayacağı hakkında bilgi sağlar. Ayrıca, bataryanın enerji yoğunluğunu ve performansını en üst düzeye çıkarmak amacıyla kalenderleme işlemi için optimum basınç ve sıcaklığın belirlenmesine yardımcı olurlar.
Kaplanmış elektrotların ve prototip hücre yığınlarının (jöle ruloları) çok işlevli analizi
Kaplanmış elektrotları ve prototip hücre yığınlarını test ederken, uzun vadede verimliliklerini, performanslarını ve hizmet ömürlerini garanti etmek için malzemeleri ve bileşenleri karakterize etmek önemlidir. Bu karakteristik değerler, araştırma ve geliştirme için olduğu kadar kalite güvencesi için de çok önemlidir.
ZwickRoell bu amaçla Çok Fonksiyonlu Hücre Bileşen Analiz Cihazını (MCCA) geliştirmiştir. Üç yüksek hassasiyetli doğrusal yer değiştirme enkoderi ve bir seviyeleme ünitesi yardımıyla, elektrotun bir yüzeyine tam olarak basınç uygulanabilir. Bu, gerçekçi basma koşulları altında elektrot kalınlığındaki değişimin hassas bir şekilde ölçülmesini sağlar. Aynı zamanda elektrik direnci, basınca bağlı bir değerlendirme yapılmasını sağlayan altın kaplama basma plakaları aracılığıyla ölçülür.
Elektriksel yükleme ve boşaltma işlemi sırasında hücre, "batarya şişmesi" olarak bilinen şekilde şişer ve büzülür. Bu, münferit bileşenler üzerindeki basınçta değişikliklere yol açar. MCCA test cihazı, madeni para hücreleri gibi prototip temel hücreler üzerinde yüksek hassasiyetli „batarya şişme “testleri yapılmasını sağlar ve jöle rulosundaki en küçük tekrarlayan hücre bileşeni yığınının şarj ve deşarj döngüsündeki davranışının hassas bir şekilde karakterize edilmesine yardımcı olur.
Çok Fonksiyonlu Hücre Bileşeni Analiz Cihazının Avantajları:
- Kaplanmış elektrotların basınç altındaki gerilme-uzama davranışının yüksek hassasiyetli ölçümü
- Basmanın bir fonksiyonu olarak elektrik direncinin ölçülmesi
- Prototipik temel hücrelerin (madeni para hücreleri) "batarya şişmesi" davranışının ölçülmesi
Elektrot kaplama sürecinde yüksek hassasiyetli basınç testleri
Batarya üretimindeki en büyük zorluk elektrot kaplama işlemidir. Bataryanın güvenli çalışması için önemli kriterler sağlanmıştır: aktif malzemenin mükemmel mekanik stabilitesi, mükemmel elektrik iletkenliği ve öngörülebilir yaşlanma davranışı. Elektrotlara yönelik kaplama teknolojileri sürekli olarak geliştirilmektedir ve kuru kaplamanın gelecek vaat eden gelişimi, çok yüksek enerji tasarrufu potansiyeline ek olarak benzer veya daha iyi fonksiyonel elektrot özellikleri sağlamalıdır.
- Bu amaçla, ayırıcılar ve kaplanmış elektrotlar gibi batarya folyolarının basınç altındaki davranışının ayrıntılı bir analizi önemlidir. Aletli sıkıştırılabilirlik ölçüm başlığı, son derece ince katmanlar için sıkıştırma testlerinde elastik deformasyon davranışını belirlemek için kullanılabilen hassas kuvvet-yer değiştirme eğrileri üretir. Bu, malzeme geliştirme, kalite güvencesi ve batarya simülasyonu için gerekli verileri sağlar.
- Aktif malzeme ve elektrot alt katmanı arasındaki güvenli bağlantı, pil hücresinin kalitesi ve performansı açısından çok önemlidir. Aktif malzemenin optimum mekanik stabilitesini sağlamak için, gözenekliliği ve iletkenliği değişen çalışma basıncı altında korunmalıdır.
Ayırıcı folyoların sertleşme davranışının belirlenmesi
Ayırıcı folyolar için kullanılan malzemeler döngüsel basma yükleri altında çökme davranışı sergileyebilir. Folyo kalınlığında değişikliğe yol açan bu çökme davranışı, bazen bataryanın performansını ve hizmet ömrünü olumsuz yönde etkiler. Üniversal çekme basma test cihazları ve sıkıştırma testleri, MCCA ve nanoindenterler için özel test standları ile ZwickRoell, ayırıcı folyoların sertleşme davranışını karakterize etmek için çok çeşitli test yöntemleri sunar.
Batarya testlerinde soyulma ve yapışma testleri
Mekanik özelliklere ek olarak, tutucu folyo üzerindeki tek veya çift taraflı kaplamaların yapışma mukavemeti de çok önemlidir, çünkü bu bağlantı bataryanın iç iletkenliğinden büyük ölçüde sorumludur. Yapışma mukavemeti bataryanın yaşıyla birlikte değişebileceğinden, bağlantının kalıcı olmasını sağlamak önemlidir. Bu, soyulma ve yapışma testleri ile sağlanabilir. Elektrolit içinde yüzen aktif malzemenin ayrılması hücre güvenliğini önemli ölçüde bozar. Bu nedenle, hem anot hem de katot üzerindeki elektrot kaplamasının yapışma mukavemetinin kontrol edilmesi, doğrudan hücre üretim hattında üretimin izlenmesi için büyük önem taşımaktadır.
Aktif malzeme ile substrat arasındaki mekanik yapışma mukavemeti farklı şekillerde belirlenir:
90° ve 180° soyulma testleri
Aktif malzeme ile alt tabaka arasındaki mekanik yapışma mukavemetini belirlemenin en yaygın yöntemi, 90° veya 180° sıyrılma açısına sahip sıyrılma çekme testidir.
- Her iki varyantta da, kaplanmış folyo bir taşıyıcı malzemeye uygulanır ve daha sonra belirtilen soyulma açısında test cihazından çıkarılır.
- Prosedürler standart değildir ve bu nedenle karşılaştırılabilir hale getirmek çok zordur.
- Bozulma türünün (koheziv veya yapışkan arıza) önemli niteliksel değerlendirmesi bu yöntemle yalnızca sınırlı ölçüde mümkündür.
- Bu testlerin diğer dezavantajları, yüksek malzeme tüketimi ve zaman alan numune hazırlığıdır.
Video: Batarya folyolarında soyulma, delinme ve bükülme testleri
- QS ve Ar-Ge için aktif malzeme ile substrat arasındaki mekanik yapışma mukavemetini belirlemek amacıyla 90° / 180° soyulma testleri.
- Folyoların mekanik etkilere karşı tanımlanmış dirence dayanması gerektiğinden, güvenlik sorunlarını önlemek amacıyla delinme direncini belirlemek için ayırıcı filmler üzerinde delme testleri.
- Üretim kesintilerine ve güvenlik sorunlarına yol açabilecek belirli parametrelerden sapmaları belirlemek amacıyla çeşitli malzemelerin bükülme mukavemetini karakterize eden 2 noktalı bükme testleri.
Z-yönünde yapışma testi
Z-Direction yapışma testi, yapışma mukavemetini belirlemenin ve arıza türünü değerlendirmenin daha güvenilir ve tekrarlanabilir bir yoludur. Bir numune fikstürü kullanılarak "Z-Direction" yapışma çekme cihazında aynı anda beş numune hazırlanabilir. Ayrıca test cihazı, her bir numune için tanımlanan temas basıncı ve süre parametrelerini otomatik olarak aynı şekilde gerçekleştirir. Bu test cihazı, soyma testlerine kıyasla ölçüm sonucu üzerindeki operatör etkisini azaltmaya yardımcı olur.
Her bir numune daha sonra Z yönünde soyulur ve net bir maksimum yapıştırıcı mukavemeti değeri belirlenir. Çok verimli numune hazırlama ve yüksek tekrarlanabilirliğe ek olarak, bu yöntem aynı zamanda kırılma modelinin kohezyon ve yapışma bileşenlerinin net bir şekilde belirlenmesini sağlar. Bu test yöntemiyle elde edilen sonuçların iyi karşılaştırılabilirliği, üretim sürecindeki kaplama kalitesinin güvenilir bir şekilde izlenmesini de sağlar.
Video: Elektrot kaplamalarında yapışma testi
Z Yönü yapışma testi, lityum iyon pillerdeki aktif malzeme kaplamaları ve elektrotlar (Al veya Cu folyo) arasındaki yapışma mukavemetinin belirlenmesi ve arıza tipinin değerlendirilmesi için daha güvenilir ve tekrarlanabilir bir yöntemdir.
- Kalite güvencesinde soyulma testleri, kaplamanın yapışma mukavemeti söz konusu olduğunda proses güvenilirliğinin önemli bir göstergesidir. Yapışma kuvveti ne kadar iyi olursa, pilin performansı ve ömrü de o kadar iyi olur.
- Araştırma ve geliştirme konusunda aktifseniz soyma testlerimiz farklı malzemelerin olası kombinasyonlarını optimize etmeye ve böylece pil performansını artırmaya yardımcı olur.
Elektrot kaplamaları, tutucu folyolar ve separatörler üzerinde sürtünme testleri
Lityum-iyon bataryaların üretiminde elektrot kaplamalarının, tutucu folyoların ve separatörlerin sürtünme katsayısının belirlenmesi, üretim sürecindeki olası sorunların tespit edilmesi ve bataryaların kalite ve performansının sağlanması için çok önemlidir.
Olası sürtünme testleri şunlardır:
- Katman yapışma testi: Batarya hücresinde farklı katmanlar arasındaki yapışma analiz edilir. Tanımlanmış bir kuvvet veya yük uygulamak, katmanların ayrılma veya yapışma eğilimini değerlendirmeyi mümkün kılar. Ortaya çıkan katman ayırma kuvvetleri, sürtünme katsayıları hakkında sonuçlar çıkarılmasını sağlar.
- Temas kuvveti ve yer değiştirme testi: Bu testler, farklı kaplamalara veya yüzeylere sahip malzemeleri hareket ettirmek veya ayırmak için gereken kuvveti ölçer. Bu, malzemelerin basınç altındaki davranışlarının anlaşılmasını ve sürtünme katsayısının ölçülmesini sağlar.
Katı hal batarya bileşenlerinin karakterizasyonu
Katı hal bataryalarında sıvı elektrolitlerin ortadan kaldırılmasıyla, sınır tabaka teması, termal genleşme ve yaşlanma direnci gibi yeni zorluklar ortaya çıkar. Katı hal batarya bileşenlerinin karakterizasyonu için ZwickRoell, katı hal bataryaların özel gereksinimleri için kapsamlı test yöntemleri sunar.
- Bir lityum metal anotun mekanik karakterizasyonu zor olabilir. Numune hazırlama ve gerilme mukavemetinin belirlenmesi, güçlü derece azaltma nedeniyle inert bir gaz ortamında yapılmalıdır. Buna ek olarak, hassas ve sünek malzeme, özel numune kelepçelerinde son derece dikkatli kullanım ve optik bir ekstensometre kullanılarak boylamsal gerilmenin güvenilir bir şekilde belirlenmesini gerektirir. ZwickRoell, özel koruyucu gaz kabinleri (eldiven kutuları), numune hazırlama ve manipülasyonunun yanı sıra numuneye dokunmadan ölçüm yapılmasını sağlayan özelleştirilmiş bir optik ekstansometre sunar.
- Diğer bir zorluk ise kompozit katot veya katı hal elektrolit ayırıcı gibi diğer bileşenlerin mekanik özelliklerinin belirlenmesidir. Bu bileşenlerin mukavemeti, üretim süreçlerinin tasarımı ve batarya işletiminde güvenli işlevsellik üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bir ZHN-Nanoindenter, elastikiyet modülü, sertlik, eğilme mukavemeti ve kırılma tokluğunu araştırmak amacıyla farklı mekanik özelliklere sahip polimerlerden, oksitlerden veya sülfitlerden yapılmış katı elektrolitleri karakterize etmek için kullanılabilir.
Fonksiyonel ve yapısal batarya testleri: Batarya bileşenleri, hücreler ve hücre kompozitleri
Hücrelerin ve hücre bağlantılarının işlevsel ve yapısal testleri, hücrelerin modüllere ve paketlere montajında ve batarya işletiminde güvenlik için belirleyici bir rol oynar. Batarya şişmesi, bataryaların şarj ve deşarj işlemi sırasında şişmesi, sonraki adımlarda dikkate alınması için yüksek hassasiyetli şişme testleri ile belirlenir. Hücredeki hakim basınç, çivi delme testi gibi kötüye kullanım testleri de dahil olmak üzere ezilme ve bükülme testlerinde analiz edilir.
Batarya şişmesi testi: Şarj ve deşarj döngüsünde hücre davranışının karakterizasyonu
Şarj ve deşarj işlemi sırasında batarya hücrelerinin davranışı, özellikle de "batarya şişmesi" veya "batarya solunumu" olarak bilinen hücrelerin genişlemesi, performansı ve uzun ömürlülüğü etkiler. Bu olgu özellikle prizmatik hücreler ve kese hücrelerinin yanı sıra katı hal bataryalarında da görülmektedir. Bununla birlikte, silindirik hücrelerin genişlemesini anlamak da yeni batarya nesillerinin geliştirilmesinde giderek daha önemli hale gelmektedir.
Bu davranışın eş zamanlı sıcaklık kontrolü altında hassas bir şekilde karakterize edilmesi çok önemlidir. Modüldeki hücrelerin genişlemesi hücre üzerindeki basınçta bir değişikliğe yol açtığından, modüldeki montaj için hücrenin solunumu dikkate alınmalıdır. Bu basınç ve sıcaklık, hücrelerin uzun ömürlülüğü ve performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu nedenle hücre solunumu ve şişmesinin kesin karakterizasyonu önemlidir. ZwickRoell, yükleme ve boşaltma döngüsündeki hücre davranışını karakterize etmek için elektriksel çevrim, son derece hassas deformasyon ölçümü, uzun vadeli test dizileri ve kontrollü sıcaklık kontrolü dahil olmak üzere çeşitli yaklaşımlar sunar.
- Tüm batarya hücresinin sıcaklık kontrolü
Batarya hücresi, test süresi boyunca odada sabit tutulan bir ısı kabini kullanılarak istenen çalışma sıcaklığına ısıtılır. Buradaki kontrol, ısı kabinindeki ortam sıcaklığına dayanmaktadır. Riske bağlı olarak deney sırasındaki güvenlik, ısı kabini veya uygun tehlike seviyesine sahip koruyucu oda aracılığıyla sağlanır. - Tüm batarya hücresinin hassas ve homojen sıcaklık kontrolü
Basma plakalarının aktif olarak ısıtılması ve soğutulması sayesinde akü hücresinin yüzey sıcaklığı homojen bir şekilde temperlenir ve yukarıdan ve aşağıdan hassas bir şekilde kontrol edilir. Öte yandan batarya hücresi içindeki yerel sıcaklık dalgalanmaları da telafi edilebilir. Yüksek deşarj akımları gibi kritik sıcaklıklar önlenir ve güvenilir testler sağlanır.
Bu tür testler MBTS şirketi ile işbirliği içinde geliştirilmiştir.
Bir makale, otomotiv uygulamaları için standartlaştırılmış bir lityum-iyon batarya hücresinin elektriksel özellikleri üzerinde farklı sıcaklıkların, basınçların ve deşarj oranlarının etkisini inceledi.
Batarya Kötüye Kullanma Testi
Kötüye kullanım testleriolarak da bilinen Batarya Kötüye Kullanım Testleri, lityum iyon piller için yıkıcı güvenlik testleridir. Bu testler pillerin otomotiv uygulamalarında pazarlanması ve kullanılması için gereklidir. Test sırasında pil, güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak için aşırı koşullara tabi tutulur. Tipik kötüye kullanım testleri, termal ve elektriksel testlerin yanı sıra mekanik testleri de içerir.
Mekanik test, pilin bir nesneyle delinmesi veya bütünlüğünü test etmek için mekanik strese maruz bırakılması yoluyla pil üzerinde fiziksel stres uygulanmasını içerir. Örneğin bu, dahili kısa devreye neden olan bir çivi çakma (çivileme) veya ezmenin (çarpma) akünün işlevselliğini ve güvenlikle ilgili davranışını nasıl etkilediğini araştırmayı içerir.
Batarya kötüye kullanım olarak adlandırılan bu testler tipik olarak yangın veya patlamayla sonuçlanabilecek bir termal kaçağa (engl. Thermal Runaway) yol açar. Çevre düzenlemeleri ve iş güvenliği bilinci nedeniyle, tekrarlanabilir çevre koşullarının sağlanması için bu testlerin açık ortamlarda veya egzoz gazı arıtması olmayan eski binalarda yapılmaması gerekir.
ZwickRoell'in Allroundline Z100 üniversal test cihazı ve weisstechnik Extreme Event odası ile batarya kötüye kullanım testleri maksimum 100 kN kuvvetle gerçekleştirilebilir. Mekanik modülerlik sayesinde test araçları kolay ve güvenli bir şekilde değiştirilebilir ve çeşitli mekanik hatalı kullanım testleri tek bir cihaz üzerinde güvenli bir şekilde gerçekleştirilebilir. Test sonuçları testXpert test yazılımı kullanılarak değerlendirilir.
Ekstrem Olay Odası ile Batarya Kötüye Kullanım Testi hakkında daha fazla bilgi
Batarya Kötüye Kullanım Testi - Mekanik kötüye kullanım testi örnekleri
Malzeme testinde kapsamlı uzmanlık, tüm yüksek hassasiyetli test cihazlarına erişim ve ZwickRoell batarya test merkezimizdeki tüm aksesuar yelpazesi, uygulama teknolojisi danışmanlığınız için mevcuttur.
Batarya test merkezimizde ücretsiz ön testlerle ilgileniyor musunuz? Doğru test ekipmanını seçme konusunda size tavsiyelerde bulunmaktan memnuniyet duyarız.
Mekanik testler, hem batarya teknolojisinin daha da geliştirilmesinde hem de batarya üretiminde kalite güvencesinde önemli bir rol oynamaktadır. Büyük maddi zorlukların yanı sıra çoklu fiziksel gereksinimler (mekanik, sıcaklık, elektrik), pil müşterileri ve test üreticileri arasında yakın işbirliği gerektirir. Müşterilerimiz için ve müşterilerimizle birlikte mümkün olan en iyi test konseptini geliştirmeyi misyonumuz haline getirdik.
Yeni batarya test laboratuvarımız, pillerin hem araştırma ve geliştirmesinde hem de üretiminde hücre karakterizasyonuna yönelik çeşitli mekanik batarya testlerini gerçekleştirmek için en modern test teknolojisine sahiptir. Müşterilerimizin yerinde veya uzaktan test yapması için iki uygulama uzmanı mevcuttur. Bu şekilde müşterilerimizin ilgili gereksinimleri için mümkün olan en iyi test konseptini bulduğumuzdan emin olmak istiyoruz.
Laboratuvarımıza sanal olarak göz atmaktan veya bugün bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin; size tavsiyelerde bulunmaktan mutluluk duyarız!
