El efecto de la carga y descarga de pilas de litio hierro fosfato y grafito a diferentes temperaturas sobre la degradación de

Este método puede ayudar a responder preguntas sobre el envejecimiento de la batería. El ciclo de diferentes temperaturas de carga y descarga puede influir en la degradación, ya que muchos procesos que causan la degradación dependen de la temperatura. La principal ventaja de esta técnica es que prueba diferentes temperaturas de carga y descarga, ya que el método de prueba convencional utiliza la misma temperatura ambiental para cargar y descargar.

Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia el apoyo a futuros estándares y regulaciones con pruebas de diferentes temperaturas de carga y descarga. Este método puede proporcionar una visión de los mecanismos de degradación a diferentes temperaturas. Los ciclos de temperatura más alta mejoran la degradación y aumentan el crecimiento de la capa SEI, mientras que los ciclos a baja temperatura dan como resultado el recubrimiento de litio.

Antes del experimento, utilice el diseño de métodos experimentales para identificar los pares óptimos de temperaturas de carga y descarga para minimizar el número necesario de combinaciones de temperaturas. Para comenzar el proceso, coloque dos celdas de bolsa de fosfato de hierro y litio grafito al 30% de estado de carga en soportes rígidos de policarbonato. Coloque las celdas en accesorios en una cámara de temperatura del ciclador de baterías.

Coloque un par térmico conectado al ciclador de batería en el centro de un lado de cada celda. Conecte las celdas al ciclador de batería a través de una conexión de cuatro cables. En el software del ciclador de baterías, ajuste la cámara de temperatura a 25 grados centígrados.

Deje que las células se equilibren durante 12 horas. A continuación, cree un nuevo archivo en el editor de pruebas del ciclador de batería para el acondicionamiento de celdas de voltaje constante, corriente constante y dos pasos. Complete los criterios de seguridad del canal para detener el ciclo si las condiciones de la batería exceden los límites especificados.

Agregue un paso de descarga de corriente constante a una tasa C de 0.1 hasta 2.7 voltios. Siga esto con un descanso de 30 minutos. Luego, a una corriente constante, cargue voltaje constante a una tasa C de 0.1 a 3.7 voltios con la fase de voltaje constante que dure una hora o hasta que la tasa C baje a 0.01C.

Y otro período de descanso de 30 minutos. Guarde el protocolo de acondicionamiento cuando haya terminado. Cree un nuevo protocolo para el ciclo de referencia.

Ajuste la temperatura de la cámara a 25 grados centígrados y agregue un período de espera hasta que la temperatura varíe menos de un Kelvin por hora. Agregue dos ciclos de carga/descarga de corriente constante con umbrales de carga y descarga de 3,7 voltios y 2,7 voltios respectivamente, a una tasa C de 0,3. Siga cada ciclo con un período de espera para permitir que la temperatura se estabilice.

Guarde el protocolo de ciclo de referencia cuando haya terminado. Abra el método de acondicionamiento y agregue el ciclo de referencia al acondicionamiento como una subrutina. Luego, abra el software principal del ciclador de batería.

Haga clic en ambos canales con celdas a probar para seleccionar los canales y haga clic en el botón Ejecutar. Seleccione el proceso de acondicionamiento, proporcione un nombre de archivo, ingrese la capacidad en amperios hora y seleccione la cámara de temperatura. Ejecute el proceso para determinar la capacidad inicial.

Cree un nuevo protocolo para ciclos a largo plazo con las mismas temperaturas de carga y descarga. Comience ajustando la cámara a la temperatura objetivo y permitiendo que la temperatura de la celda se equilibre. Configure el método para realizar la carga de corriente constante y voltaje constante a 3.7 voltios a una tasa C de uno con la fase de voltaje constante que dura una hora o hasta que la tasa C caiga a 0.1.

Descansa las células durante 30 minutos. A continuación, realice una descarga de corriente constante a 2,7 voltios a la misma tasa C y descanse las celdas durante otros 30 minutos. Repita los ciclos de carga/descarga 100 veces.

Agregue el ciclo de referencia como subrutina después de cada 25 ciclos. Cree otro protocolo para ciclos a largo plazo con diferentes temperaturas de carga y descarga utilizando la misma tasa C y umbrales de voltaje. Configure las fases de descanso después de cada paso de ciclo para esperar hasta que la temperatura de la celda se haya estabilizado.

Repita los ciclos de carga/descarga 100 veces con ciclos de referencia cada 25 ciclos. Guarde el método cuando haya terminado. Sobre la base de estos protocolos, cree protocolos de ciclo a largo plazo para las combinaciones de temperatura identificadas por el diseño de métodos experimentales.

Luego, regrese al programa principal del ciclador de baterías. Seleccione los canales de las celdas que se van a probar. Seleccione el programa de ciclismo a largo plazo deseado.

Rellene un nombre de archivo para los datos. Seleccione la cámara de temperatura e inicie el ciclo a largo plazo. Repita la prueba una vez en una celda nueva para evaluar la repetibilidad.

Una vez finalizadas las pruebas de ciclo electroquímico, abra una plantilla de visualización de datos en el software de ciclo de la batería. A continuación, abra los datos de ciclo guardados y evalúe la degradación de la célula a lo largo del tiempo. A continuación, abra los datos en el software de análisis y seleccione un ajuste escalonado con una función máxima de K-fold R-square.

Ajuste los datos, evalúe los subconjuntos y seleccione el mejor valor general de R cuadrado para evitar el sobreajuste. A continuación, haga clic en Crear modelo para visualizar los datos ajustados. Evalúe los parámetros enumerados en el Resumen de efectos y elimine los parámetros que se muestren como no significativos.

Vea la visualización de la tasa de degradación final y ajuste la configuración de apariencia como desee. Repita este proceso para todas las celdas probadas. A continuación, transfiera las celdas a una guantera inerte llena de gas.

Desmonta las celdas y corta las bolsas con unas tijeras de cerámica. Corte piezas de 5 mm por 5 mm de los ánodos y cátodos. Monte las piezas del electrodo en trozos de muestra de microscopio electrónico de barrido fijados en un soporte de muestras.

Inserte el portamuestras en un recipiente sellado y retírelo de la guantera a través de la antecámara. Transfiera el soporte de muestras de la guantera a la cámara de muestras SEM a través de una bolsa de guantes llena de gas inerte a una presión positiva. Caracterice al menos cinco ubicaciones diferentes en la superficie de cada muestra para identificar posibles inhomogenias de la superficie.

Cuando se cicló con las temperaturas de carga y descarga a 20 grados Celsius, se observó una disminución dramática de la capacidad dentro de cada bloque de 25 ciclos, seguida de una recuperación significativa durante el ciclo de referencia a 25 grados Celsius. El ciclo a 12 grados Celsius o 30 grados Celsius resultó en una disminución de capacidad notablemente mayor que el ciclo a 5 grados Celsius o 5 grados Celsius. Al realizar ciclos a una temperatura de carga dada, se observó una mayor estabilidad a largo plazo a temperaturas de descarga más bajas.

De manera similar, cuando se ciclar a una temperatura de descarga dada, generalmente se observó una mayor estabilidad a largo plazo a temperaturas de carga más bajas. Las celdas ciclados con una temperatura de descarga de 20 grados Celsius y temperaturas de carga de 0 grados Celsius o 15 grados Celsius mostraron una modesta recuperación de la capacidad después del ciclo de referencia, con caídas menos severas en la capacidad a largo plazo que las observadas con una temperatura de carga de 20 grados Celsius. A partir de los datos se derivó un modelo para describir las relaciones entre las temperaturas de carga y descarga y las tasas de degradación, lo que permitió identificar las temperaturas óptimas en función de la aplicación potencial.

La idea de este método fue cuando hablamos de cómo las variaciones de temperatura afectan a la durabilidad de una batería. Analizamos los estándares de prueba y nos dimos cuenta de que las pruebas se realizan principalmente a la misma temperatura ambiental. Sin embargo, las baterías se enfrentan a temperaturas que varían continuamente debido a los cambios estacionales, la variación día/noche y las temperaturas de funcionamiento de los equipos circundantes.

Podría haber un número extremadamente grande de permutaciones de temperatura de carga y descarga en un rango de temperatura dado. Por lo tanto, utilizamos el diseño óptimo de los experimentos para minimizar el número de pruebas necesarias para obtener la máxima ganancia de información. Esta técnica allanó el camino para desarrollar mejores estándares de técnicas de degradación adecuados para su propósito con condiciones comparables al uso en la vida real.

Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo diseñar, probar y analizar los datos del ciclo de la batería y comparar esos datos con otros resultados de pruebas y con el uso en la vida real.