Wpływ ładowania i rozładowywania ogniw litowo-żelazowo-fosforanowo-grafitowych w różnych temperaturach na degradację

Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na pytania dotyczące starzenia się baterii. Cykliczne zmiany temperatur ładowania i rozładowania mogą wpływać na degradację, ponieważ wiele procesów powodujących degradację jest zależnych od temperatury. Główną zaletą tej techniki jest testowanie różnych temperatur ładowania i rozładowywania, ponieważ konwencjonalna metoda testowania wykorzystuje tę samą temperaturę otoczenia do ładowania i rozładowywania.

Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku wspierania przyszłych norm i przepisów poprzez testowanie różnych temperatur ładowania i rozładowania. Metoda ta może dostarczyć informacji na temat mechanizmów degradacji w różnych temperaturach. Cykle wyższej temperatury zwiększają degradację i zwiększają wzrost warstwy SEI, podczas gdy cykle w niskiej temperaturze powodują litowanie.

Przed eksperymentem należy zaprojektować metody eksperymentalne, aby zidentyfikować optymalne pary temperatur ładowania i rozładowania, aby zminimalizować potrzebną liczbę kombinacji temperatur. Aby rozpocząć proces, umieść dwie torebki litowo-żelazowo-fosforanowo-grafitowe w stanie naładowania 30% w sztywnych uchwytach z poliwęglanu. Umieść ogniwa w oprawach w komorze temperaturowej cyklera akumulatorowego.

Umieść termoparę podłączoną do cyklera baterii na środku jednej strony każdego ogniwa. Podłącz ogniwa do cyklera baterii za pomocą połączenia czteroprzewodowego. W oprogramowaniu cyklera baterii ustaw komorę temperaturową na 25 stopni Celsjusza.

Pozwól komórkom osiągnąć równowagę przez 12 godzin. Następnie utwórz nowy plik w edytorze testów cyklera baterii dla dwuetapowego kondycjonowania ogniw o stałym prądzie i stałym napięciu. Wypełnij kryteria bezpieczeństwa kanału, aby zatrzymać cykle, jeśli stan baterii przekroczy określone limity.

Dodaj stopień rozładowania prądu stałego o współczynniku C od 0,1 do 2,7 wolta. Następnie odpocznij przez 30 minut. Następnie, przy stałym prądzie, ładowanie o stałym napięciu o natężeniu 0,1 C do 3,7 V przy fazie stałego napięcia trwającej jedną godzinę lub do momentu, gdy współczynnik C spadnie do 0,01 C.

I kolejny 30-minutowy okres odpoczynku. Zapisz protokół kondycjonowania po zakończeniu. Utwórz nowy protokół dla kolarstwa referencyjnego.

Ustaw temperaturę komory na 25 stopni Celsjusza i dodaj okres oczekiwania, aż temperatura zmieni się o mniej niż jeden kelwin na godzinę. Dodaj dwa cykle ładowania/rozładowywania prądem stałym z progami ładowania i rozładowania wynoszącymi odpowiednio 3,7 V i 2,7 V, przy współczynniku C 0,3. Postępuj zgodnie z każdym cyklem z okresem oczekiwania, aby temperatura się ustabilizowała.

Zapisz referencyjny protokół rowerowy po zakończeniu. Otwórz metodę kondycjonowania i dodaj cykl referencyjny do kondycjonowania jako podprogram. Następnie otwórz oprogramowanie głównego cyklera baterii.

Kliknij oba kanały z komórkami do przetestowania, aby wybrać kanały i kliknij przycisk Uruchom. Wybierz proces kondycjonowania, podaj nazwę pliku, wprowadź pojemność w amperogodzinach i wybierz komorę temperaturową. Uruchom proces, aby określić początkową pojemność.

Stwórz nowy protokół do długotrwałej jazdy na rowerze z tymi samymi temperaturami ładowania i rozładowania. Zacznij od ustawienia komory na temperaturę docelową i pozwól, aby temperatura ogniwa się zrównoważyła. Ustaw metodę tak, aby wykonywała ładowanie prądem stałym i stałym napięciem do 3,7 V z szybkością C wynoszącą jeden z fazą stałego napięcia trwającą jedną godzinę lub do momentu, gdy szybkość C spadnie do 0,1.

Odpocznij komórki przez 30 minut. Następnie wykonaj rozładowanie prądem stałym do 2,7 V przy tej samej szybkości C i odpocznij ogniwa przez kolejne 30 minut. Powtórz cykle ładowania/rozładowania 100 razy.

Dodaj cykl referencyjny jako podprogram po każdych 25 cyklach. Stwórz kolejny protokół dla długoterminowych cykli z różnymi temperaturami ładowania i rozładowania przy użyciu tych samych progów współczynnika C i napięcia. Ustaw fazy odpoczynku po każdym kroku cyklu, aby poczekać, aż temperatura ogniw się ustabilizuje.

Powtórz cykle ładowania/rozładowania 100 razy z cyklami referencyjnymi co 25 cykli. Zapisz metodę po zakończeniu. Na podstawie tych protokołów należy stworzyć długoterminowe protokoły cykliczne dla kombinacji temperatur zidentyfikowanych przez projekt metod eksperymentalnych.

Następnie wróć do głównego programu cyklera baterii. Wybierz kanały dla komórek, które mają zostać przetestowane. Wybierz żądany długoterminowy program jazdy na rowerze.

Wpisz nazwę pliku dla danych. Wybierz komorę temperaturową i rozpocznij długotrwały cykl. Powtórz test raz na świeżej komórce, aby ocenić powtarzalność.

Po zakończeniu elektrochemicznych testów cyklicznych otwórz szablon wizualizacji danych w oprogramowaniu do cyklicznego odtwarzania baterii. Następnie otwórz zapisane dane cykliczne i oceń degradację komórek w czasie. Następnie otwórz dane w oprogramowaniu analitycznym i wybierz pasowanie krokowe z funkcją max K-fold R-square.

Dopasuj dane, oceń podzbiory i wybierz najlepszą ogólną wartość R-kwadrat, aby uniknąć nadmiernego dopasowania. Następnie kliknij przycisk Utwórz model, aby zwizualizować dopasowane dane. Oceń parametry wymienione w podsumowaniu efektów i usuń wszystkie parametry wyświetlane jako nieistotne.

Wyświetl ostateczną wizualizację szybkości degradacji i dostosuj ustawienia wyglądu zgodnie z potrzebami. Powtórz ten proces dla wszystkich badanych komórek. Następnie przenieś komórki do obojętnego, wypełnionego gazem schowka rękawicowego.

Zdemontuj ogniwa i rozetnij woreczki ceramicznymi nożyczkami. Wytnij kawałki anod i katod o wymiarach 5 mm na 5 mm. Zamontuj fragmenty elektrod na kikutach próbki skaningowego mikroskopu elektronowego zamocowanych w uchwycie na próbkę.

Umieścić uchwyt na próbkę w szczelnie zamkniętym pojemniku i wyjąć go ze schowka na rękawiczki przez przedsionek. Przenieść uchwyt próbki z komory rękawicowej do komory na próbki SEM za pomocą worka na rękawiczki wypełnionego gazem obojętnym pod nadciśnieniem. Scharakteryzuj co najmniej pięć różnych miejsc na powierzchni każdej próbki, aby zidentyfikować potencjalne niejednorodności powierzchni.

W przypadku cyklicznych zmian zarówno przy temperaturze ładowania, jak i rozładowania wynoszącej 20 stopni Celsjusza, zaobserwowano dramatyczny spadek pojemności w każdym bloku 25 cykli, po którym nastąpiła znaczna rekuperacja podczas cyklu referencyjnego w temperaturze 25 stopni Celsjusza. Jazda na rowerze w temperaturze 12 stopni Celsjusza lub 30 stopni Celsjusza powodowała znacznie większy spadek pojemności niż jazda na rowerze w temperaturze 5 stopni Celsjusza lub 5 stopni Celsjusza. Podczas jazdy cyklicznej przy danej temperaturze ładowania zaobserwowano wyższą stabilność długoterminową przy niższych temperaturach tłoczenia.

Podobnie, podczas cyklicznych prac przy danej temperaturze rozładowania, wyższą stabilność długoterminową obserwowano zwykle przy niższych temperaturach ładowania. Ogniwa poddawane cyklicznie z temperaturą rozładowania 20 stopni Celsjusza i temperaturą ładowania 0 stopni Celsjusza lub 15 stopni Celsjusza wykazały niewielki powrót pojemności po cyklach referencyjnych z mniej dotkliwymi spadkami pojemności w cyklu długoterminowym niż obserwowano przy temperaturze ładowania 20 stopni Celsjusza. Na podstawie uzyskanych danych stworzono model w celu opisania zależności między temperaturami ładowania i tłoczenia oraz szybkości degradacji, co pozwoliło na określenie optymalnych temperatur w zależności od potencjalnego zastosowania.

Po raz pierwszy wpadliśmy na pomysł tej metody, gdy omówiliśmy, jak zmiany temperatur wpływają na trwałość baterii. Przeanalizowaliśmy standardy testowania i zdaliśmy sobie sprawę, że testy są w większości wykonywane w tej samej temperaturze otoczenia. Jednak akumulatory mają do czynienia z ciągle zmieniającymi się temperaturami z powodu zmian sezonowych, zmian dnia i nocy oraz temperatur roboczych otaczających urządzeń.

W danym zakresie temperatur może występować bardzo duża liczba permutacji temperatury ładowania i rozładowania. W związku z tym stosujemy optymalne projektowanie eksperymentów, aby zminimalizować liczbę testów potrzebnych do maksymalnego uzyskania informacji. Technika ta utorowała drogę do opracowania lepszych standardów techniki degradacji dopasowanych do celu, o warunkach porównywalnych do rzeczywistych zastosowań.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak projektować, testować i analizować dane dotyczące cykli baterii oraz porównywać te dane z innymi wynikami testów i rzeczywistym użytkowaniem.