L'effetto di carica e Scarica di celle di litio ferro fosfato-grafite a diverse temperature sulla degradazione

Questo metodo può aiutare a rispondere alle domande sull'invecchiamento della batteria. Il ciclo di temperature di carica e scarica diverse può influenzare la degradazione poiché molti processi che causano la degradazione dipendono dalla temperatura. Il vantaggio principale di questa tecnica è il test di diverse temperature di carica e scarica poiché il metodo di prova convenzionale utilizza la stessa temperatura ambientale per la carica e la scarica.

Le implicazioni di questa tecnica si estendono al supporto di standard e regolamenti futuri con test di diverse temperature di carica e scarica. Questo metodo può fornire una visione dei meccanismi di degradazione a diverse temperature. I cicli a temperatura più elevata migliorano la degradazione e aumentano la crescita dello strato SEI, mentre i cicli a bassa temperatura provocano la placcatura al litio.

Prima dell'esperimento, utilizzare la progettazione di metodi sperimentali per identificare le coppie ottimali di temperature di carica e scarica per ridurre al minimo il numero necessario di combinazioni di temperature. Per iniziare il processo, posizionare due celle a sacchetto di litio ferro fosfato-grafite al 30% di carica in supporti rigidi in policarbonato. Posizionare le celle negli apparecchi in una camera climatica del ciclatore della batteria.

Posizionare una termocoppia collegata al ciclatore della batteria al centro di un lato di ciascuna cella. Collegare le celle al ciclatore della batteria tramite un collegamento a quattro fili. Nel software del ciclatore della batteria, impostare la camera climatica a 25 gradi Celsius.

Lasciare equilibrare le cellule per 12 ore. Quindi, crea un nuovo file nell'editor di test del ciclatore della batteria per il condizionamento delle celle a due fasi, corrente costante e tensione costante. Compilare i criteri di sicurezza del canale per interrompere il ciclo se le condizioni della batteria superano i limiti specificati.

Aggiungi un gradino di scarica a corrente costante a una velocità C da 0,1 a 2,7 volt. A questo si aggiunge un riposo di 30 minuti. Quindi, a corrente costante, carica a tensione costante a una velocità di 0,1 C a 3,7 volt con la fase di tensione costante che dura un'ora o fino a quando la velocità C scende a 0,01 C.

E un altro periodo di riposo di 30 minuti. Al termine, salvare il protocollo di condizionamento. Creare un nuovo protocollo per il ciclo di riferimento.

Impostare la temperatura della camera a 25 gradi Celsius e aggiungere un periodo di attesa fino a quando la temperatura non varia di meno di un Kelvin all'ora. Aggiungere due cicli di carica/scarica a corrente costante con soglie di carica e scarica rispettivamente di 3,7 volt e 2,7 volt, a una velocità C di 0,3. Seguire ogni ciclo con un periodo di attesa per consentire alla temperatura di stabilizzarsi.

Al termine, salvare il protocollo di ciclo di riferimento. Aprire il metodo di condizionamento e aggiungere il ciclo di riferimento al condizionamento come subroutine. Quindi, apri il software principale del ciclatore della batteria.

Fare clic su entrambi i canali con le celle da testare per selezionare i canali e fare clic sul pulsante Esegui. Selezionare il processo di condizionamento, fornire un nome per il file, inserire la capacità in ampere-ora e selezionare la camera climatica. Eseguire il processo per determinare la capacità iniziale.

Crea un nuovo protocollo per il ciclismo a lungo termine con le stesse temperature di carica e scarica. Iniziare impostando la camera sulla temperatura target e lasciando che la temperatura della cella si equilibri. Impostare il metodo per eseguire una corrente costante, una tensione costantetage carica a 3,7 volt a una velocità C di uno con la fase di tensione costante che dura un'ora o fino a quando la velocità C non scende a 0,1.

Far riposare le celle per 30 minuti. Quindi, eseguire una scarica a corrente costante a 2,7 volt alla stessa velocità C e far riposare le celle per altri 30 minuti. Ripetere i cicli di carica/scarica 100 volte.

Aggiungi il ciclo di riferimento come sub-routine ogni 25 cicli. Crea un altro protocollo per cicli a lungo termine con diverse temperature di carica e scarica utilizzando le stesse soglie di velocità C e tensione. Impostare le fasi di riposo dopo ogni fase del ciclo in modo da attendere che la temperatura della cella si sia stabilizzata.

Ripetere i cicli di carica/scarica 100 volte con cicli di riferimento ogni 25 cicli. Al termine, salvare il metodo. Sulla base di questi protocolli, creare protocolli di ciclo a lungo termine per le combinazioni di temperatura identificate dalla progettazione di metodi sperimentali.

Quindi, tornare al programma principale del ciclatore della batteria. Selezionare i canali per le celle da testare. Selezionare il programma ciclistico a lungo termine desiderato.

Inserire un nome file per i dati. Seleziona la camera climatica e inizia il ciclo a lungo termine. Ripetere il test una volta su una cella nuova per valutare la ripetibilità.

Una volta terminati i test di ciclo elettrochimico, aprire un modello di visualizzazione dei dati nel software di ciclo della batteria. Quindi aprire i dati di ciclo salvati e valutare la degradazione delle celle nel tempo. Quindi, apri i dati nel software di analisi e seleziona un adattamento graduale con una funzione R-quadrato di piegatura K max.

Adatta i dati, valuta i sottoinsiemi e seleziona il miglior valore complessivo di R al quadrato per evitare l'overfitting. Quindi, fare clic su Crea modello per visualizzare i dati adattati. Valutare i parametri elencati nel Riepilogo effetti ed eliminare tutti i parametri mostrati come non significativi.

Visualizza la visualizzazione finale del tasso di degradazione e regola le impostazioni dell'aspetto come desiderato. Ripetere questo processo per tutte le celle testate. Quindi, trasferisci le celle in una scatola a guanti inerte riempita di gas.

Smonta le celle e taglia le buste con le forbici di ceramica. Tagliare pezzi di 5 mm per 5 mm di anodi e catodi. Montare i pezzi di elettrodo su stub di campioni per microscopio elettronico a scansione fissati in un portacampioni.

Inserire il portacampioni in un contenitore sigillato e rimuoverlo dalla scatola portaoggetti attraverso l'anticamera. Trasferire il portacampioni dalla scatola a guanti alla camera di campionamento SEM tramite un sacchetto a guanti riempito di gas inerte a pressione positiva. Caratterizzare almeno cinque diverse posizioni sulla superficie di ciascun campione per identificare potenziali disomogeneità superficiali.

Quando si esegue il ciclo con entrambe le temperature di carica e scarica a 20 gradi Celsius, è stato osservato un drammatico decadimento della capacità all'interno di ogni blocco di 25 cicli, seguito da un significativo recupero durante il ciclo di riferimento a 25 gradi Celsius. Il ciclo a 12 gradi Celsius o 30 gradi Celsius ha comportato un decadimento della capacità notevolmente maggiore rispetto al ciclo a 5 gradi Celsius o 5 gradi Celsius. Quando si esegue il ciclo a una data temperatura di carica, è stata osservata una maggiore stabilità a lungo termine a temperature di scarica più basse.

Allo stesso modo, quando si pedala a una data temperatura di scarica, si osserva solitamente una maggiore stabilità a lungo termine a temperature di carica più basse. Le celle ciclate con una temperatura di scarica di 20 gradi Celsius e temperature di carica di 0 gradi Celsius o 15 gradi Celsius hanno mostrato un modesto recupero della capacità dopo il ciclo di riferimento con cali di capacità meno gravi rispetto ai cicli a lungo termine rispetto a quelli osservati con una temperatura di carica di 20 gradi Celsius. Dai dati è stato derivato un modello per descrivere le relazioni tra le temperature di carica e scarica e i tassi di degrado, consentendo di identificare le temperature ottimali a seconda della potenziale applicazione.

L'idea di questo metodo ci è venuta per la prima volta quando abbiamo discusso di come le variazioni di temperatura influenzino la durata di una batteria. Abbiamo analizzato gli standard di test e ci siamo resi conto che i test vengono eseguiti per lo più alla stessa temperatura ambientale. Tuttavia, le batterie devono affrontare temperature che variano continuamente a causa dei cambiamenti stagionali, delle variazioni giorno/notte e delle temperature di esercizio delle apparecchiature circostanti.

Potrebbe esserci un numero estremamente elevato di permutazioni della temperatura di carica e scarica in un dato intervallo di temperatura. Pertanto, utilizziamo la progettazione ottimale degli esperimenti per ridurre al minimo il numero di test necessari per ottenere il massimo guadagno di informazioni. Questa tecnica ha aperto la strada allo sviluppo di migliori standard di tecnica di degradazione adatti allo scopo con condizioni paragonabili all'uso nella vita reale.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come progettare, testare e analizzare i dati di ciclo della batteria e confrontare tali dati con altri risultati di test e con l'utilizzo nella vita reale.