עיצוב תא סוללה של תא מטבע לניסויי אופראנדו בטמפרטורות נמוכות

ככל שהעולם נעשה מחושמל יותר ויותר, הסוללות ממלאות תפקיד מרכזי בהנעת המכשירים שלנו. מהפעלת רכבים חשמליים ועד אספקת אגירת אנרגיה למקורות אנרגיה מתחדשים ברמת הרשת, פיתוח סוללות שמפגינות ביצועים גבוהים במגוון רחב של אקלים, הופך לחשוב יותר ויותר. ביצועי הסוללה לעיתים קרובות יורדים בסביבות קרות, מה שמחייב מחקר נוסף המתמקד בחקירות סוללות בטמפרטורות נמוכות.

עם זאת, ציוד מחזור סוללות בטמפרטורות נמוכות זמין מסחרית נוטה להיות יקר, מה שמונע ביצוע מחקרים אלו במתקני מחקר שאינם מתמקדים בניסויים לא סביבתיים. אנו מדווחים כאן על עיצוב פשוט וחסכוני של תא טמפרטורה, שקל להרכיבתו ומהיר ליישום, מה שמאפשר מחקר נוסף על סוללות בטמפרטורות נמוכות. עיצוב זה מאפשר טמפרטורה אמינה לארבעה תאי מטבע 2032 בסביבות לחות נמוכה כדי להפחית בעיות קורוזיה ועיבוי.

בפרוטוקול זה, נעבור על השלבים העיקריים של ייצור התא לפני שנדגים כיצד להשתמש בו. הוראות נוספות מסופקות בטקסט המלא. ראשית, הדפס בתלת-ממד את כל קבצי STL המשלימים למעט קבצי התא ומכסה התא באמצעות PLA.

שנית, לטחון את בלוק שרף האצטול למידות שניתנו. אנו משתמשים במכונת CNC או מכונת עיבוד ידנית כדי ליצור את התא הראשי והמכסה כהצגת קבצים משלימים של התא ומכסה התא. גם חתוך את גופי הקירור לפי הגודל וקדח חורים לפי קובץ סידור החור.

עכשיו אמורים להיות לך את כל החלקים שדורשים סדנת מכונות. העבירו את ארבעת מחזיקי הסוללה דרך מחווט הסוללה ואז דרך המכסה. תוודא שכל לשוניות מחזיקי הסוללה נמצאות במצב דלוק.

חבר את כל החיווט באיור 2 חוץ מהמודולים התרמו-אלקטריים ומאווררי 12 וולט. אלה יחברו מאוחר יותר. הלחים את קווי ה-12 וולט וההארקה לספק הכוח למחבר דו-חוטי.

צור את האטמים על ידי חיתוך חומר האטמים באמצעות כלי חיתוך ותבנית האטמים ליצירת שני אטמים. הפעיל לחץ קל כדי לא למשוך את האטם מתחת לג'יג ולחתוך יותר מדי. הנח את האטם באחד מכיסי הצד של התא הראשי כך שיהיה שטוח בכיס.

הכניסו את חוטי המודול התרמואלקטרי דרך החורים הצדדיים בתא הראשי, כאשר הצד הקר הממוספר של המודולים התרמואלקטריים פונה אל תוך התא. מרחו שכבה דקה אך מלאה של גריז תרמי על הצד החם התרמו-אלקטרי ללא ממוספר. מרח טבעת דקה של סיליקון על התא מחוץ למודול התרמואלקטרי.

הנח בזהירות גוף קירור מעל התא הראשי. הברג את גופי הקירור לתא הראשי כדי ללחוץ את הסיליקון. זה ייצור אטימה אטומה לאוויר.

הסר כל סיליקון עודף. חזור על זה משני הצדדים. לאחר שמכניסים את המכסה והתרמוקופלים לתוך התא, הניחו את שני מאווררי ה-12 וולט משני צידי גופי הקירור.

כוון אותו כך שינשוף לתוך גופי הקירור. השתמש בשלוש אזיקונים ארוכים כדי להדק את המאווררים למקום. הדביקו את מתקן המתג ומתקן ה-Protoboard להדפסות מהדק גוף הקירור עם דבק מיידי.

החליק את המתלים לשורה העליונה של גופי הקירור. הניחו את הפרוטובורד, מתג ההפעלה-כיבוי, הבקר והחומר המבודד במיקומם המתאים על התושבים. לאחר ארגון החוטים, הלחם את החיבורים למודולים התרמו-אלקטריים ולמאווררי 12 וולט.

התא כעת מורכב במלואו. כדי לקרר את התא לטמפרטורה המתאימה, כבה את המודולים התרמו-אלקטריים באמצעות מתג הפעלה-כיבוי ידני. הגדר את השלט למצב קירור.

הגדר את הטמפרטורה הרצויה ל-0 מעלות צלזיוס ואת הפרש הכיבוי ל-0.1 מעלות צלזיוס. הגדר את טווח הטמפרטורות למינוס 55 עד 24 מעלות צלזיוס כדי למנוע התחממות יתר קיצונית או קירור יתר במקרים חריגים. לאחר חיבור תרמוקופל לרישום הנתונים למדחום והנחת התא במקרר, הדליק מחדש את מתג ההפעלה-כיבוי.

התא מוכן כעת לשימוש. כדי לפתוח את התא ולהוסיף או להסיר סוללות, יש למקם מברג מתחת לבורג המכסה. באמצעות הקצה החיצוני כנקודת משען, לחץ כלפי מטה על ידית המברג.

ברגע שהמכסה רופף, שלפו אותו ביד והניחו אותו על משטח שטוח או במחזיק מכסים מודפס בתלת-ממד והחליפו במכסה זמני. פתח את מחזיקי הסוללה שאתה רוצה להחליף והניח את תא המטבע בתוכו. הסר את המכסה הזמני ואז את שקית הסיליקה ג'ל שבתוך החדר.

נגב כל לחות עם מטלית והחלף את שקית הסיליקה ג'ל בתא כדי לספוג לחות נוספת. החלף את המכסה הראשי. יכול לקחת עד שעתיים עד שהטמפרטורה תתאזן מחדש בתוך התא.

כדי להעריך את אמינות התא לשמירה על טמפרטורה קבועה של 0 מעלות צלזיוס, ביצועיו נבדקו בשלוש דרכים. ראשית, השתמשנו במתקן נתוני טמפרטורה אוטומטי כדי למדוד את גרדיאנטי הטמפרטורה ברחבי החדר. השינוי בטמפרטורה בכל התא היה עקבי ונע רק ב-4 מעלות צלזיוס.

שנית, יציבות הטמפרטורה של התא שהורכב זה עתה נמדדה במשך יום אחד, ששמרה על שינוי טמפרטורה של 13 מעלות צלזיוס. כדי לבדוק את הביצועים לטווח הארוך, לאחר שימוש במכשיר במשך שבעה חודשים, בוצעה מדידה שנמשכה שבוע, שהראתה שינוי טמפרטורה מעט מופחת של 75 מעלות צלזיוס. לבסוף, ארבעה תאי מטבע ליתיום-יון 2032 עברו מחזור 100 פעמים במשך שלושה חודשים.

נתוני המחזור מראים ביצועים עקביים ורעש נמוך במהלך הניסוי. תוצאות אלו מראות כי התא יכול לשמור על טמפרטורה קבועה ומאפשר ביצוע אמין של ניסויי מחזור אלקטרוכימיים בטמפרטורות נמוכות. הצגנו כאן עיצוב פשוט שיאפשר מחזור סוללות בטמפרטורות נמוכות בעלות חסכונית לתאי מטבע 2032 בסביבה עם לחות נמוכה.

מבחני הביצועים מראים שמכשיר זה מציג ביצועים אמינים לטווח ארוך עם שינויים בטמפרטורה של פחות ממעלה צלזיוס אחת.