Эффект зарядки и разрядки железа фосфат графит лития при разных температурах на деградации

Этот метод может помочь ответить на вопросы о старении аккумулятора. Циклическое использование различных температур заряда и разряда может повлиять на деградацию, поскольку многие процессы, вызывающие деградацию, зависят от температуры. Основным преимуществом этой методики является тестирование разной температуры зарядки и разрядки, так как при традиционном методе испытаний используется одна и та же температура окружающей среды для зарядки и разрядки.

Применение этого метода распространяется на поддержку будущих стандартов и правил с помощью испытаний различных температур заряда и разряда. Этот метод может дать представление о механизмах деградации при различных температурах. Циклирование при более высоких температурах усиливает деградацию и увеличивает рост слоя SEI, в то время как циклирование при низких температурах приводит к образованию лития.

До начала эксперимента используйте методы планирования эксперимента для выявления оптимальных пар температур заряда и разряда для минимизации необходимого количества температурных комбинаций. Чтобы начать процесс, поместите два литий-железо-фосфат-графитовых подсумка с уровнем заряда 30% в жесткие держатели из поликарбоната. Поместите элементы в приспособлениях в термокамеру амплификатора аккумуляторов.

Поместите термопару, подключенную к батарейному амплификатору, в центр одной стороны каждого элемента. Подключите элементы к амплификатору аккумуляторов через четырехпроводное соединение. В программном обеспечении амплификатора аккумуляторов установите температурную камеру на 25 градусов Цельсия.

Дайте клеткам уравновеситься в течение 12 часов. Затем создайте новый файл в редакторе тестов амплификаторов аккумуляторов для двухступенчатого кондиционирования элемента постоянным током и постоянным напряжением. Заполните критерии безопасности канала, чтобы остановить цикл, если состояние батареи превышает заданные пределы.

Добавьте ступень разряда постоянного тока при коэффициенте C от 0,1 до 2,7 вольт. После этого следует 30-минутный отдых. Затем при постоянном токе постоянное напряжение заряжается с частотой от 0,1 до 3,7 вольт с постоянным напряжением в фазе в течение одного часа или до тех пор, пока C-rate не упадет до 0,01 °C.

И еще 30 минут отдыха. Сохраните протокол кондиционирования после завершения. Создание нового протокола для эталонного цикла.

Установите температуру в камере на 25 градусов Цельсия и добавьте период ожидания, пока температура не изменится менее чем на один Кельвин в час. Добавьте два цикла зарядки/разрядки постоянным током с порогами заряда и разряда 3,7 В и 2,7 В соответственно, при коэффициенте C 0,3. Следите за каждым циклом с периодом ожидания, чтобы температура стабилизировалась.

Сохраните эталонный протокол циклирования после завершения. Откройте метод обусловливания и добавьте эталонный цикл в обусловливание в качестве подпрограммы. Затем откройте программное обеспечение основного аккумуляторного перемотчика.

Нажмите на оба канала с ячейками, которые нужно проверить, чтобы выбрать каналы, и нажмите кнопку «Запустить». Выберите процесс кондиционирования, укажите имя файла, введите производительность в ампер-часах и выберите термокамеру. Запустите процесс, чтобы определить начальную емкость.

Создание нового протокола для длительной цикличности с одинаковыми температурами заряда и разряда. Начните с установки камеры на заданную температуру и дайте ей уравновеситься. Установите метод для выполнения зарядки постоянным током и постоянным напряжением на 3,7 вольта при C-rate, равном единице, при этом фаза постоянного напряжения длится один час, или до тех пор, пока C-rate не упадет до 0,1.

Дайте клеткам отдохнуть 30 минут. Затем выполните разрядку постоянным током до 2,7 вольт при той же частоте С и дайте элементам отдохнуть еще на 30 минут. Повторите циклы зарядки/разрядки 100 раз.

Добавляйте эталонный цикл в качестве подпрограммы после каждых 25 циклов. Создайте другой протокол для длительного циклирования с различными температурами заряда и разряда, используя те же пороговые значения C-rate и напряжения. Установите фазы отдыха после каждого шага цикла, чтобы дождаться, пока температура ячейки стабилизируется.

Повторяйте циклы зарядки/разрядки 100 раз с эталонным циклом каждые 25 циклов. Сохраните метод после завершения. На основе этих протоколов необходимо создать долгосрочные протоколы циклических циклов для температурных комбинаций, выявленных при разработке методов эксперимента.

Затем вернитесь к основной программе перемотки аккумуляторов. Выберите каналы для проверяемых ячеек. Выберите желаемую долгосрочную программу езды на велосипеде.

Введите имя файла для данных. Выберите термокамеру и начните длительный цикл. Повторите тест один раз на свежей клетке, чтобы оценить повторяемость.

После завершения испытаний электрохимических циклов откройте шаблон визуализации данных в программном обеспечении для циклирования аккумуляторов. Затем откройте сохраненные данные о цикле и оцените деградацию клеток с течением времени. Затем откройте данные в программном обеспечении для анализа и выберите ступенчатую посадку с максимальной K-кратной R-квадратной функцией.

Подогнайте данные, оцените подмножества и выберите наилучшее общее значение R-квадрата, чтобы избежать чрезмерной подгонки. Затем нажмите кнопку Создать модель, чтобы визуализировать подогнанные данные. Оцените параметры, перечисленные в сводке эффектов, и удалите все параметры, которые отображаются как незначимые.

Просмотрите окончательную визуализацию скорости деградации и отрегулируйте параметры внешнего вида по своему усмотрению. Повторите этот процесс для всех тестируемых клеток. Далее перенесите ячейки в инертный, наполненный газом бардачок.

Разберите ячейки и разрежьте мешочки керамическими ножницами. Отрежьте 5 мм на 5 мм кусочки анодов и катодов. Закрепите электродные части на огрызках образцов сканирующего электронного микроскопа, закрепленных в держателе образца.

Вставьте держатель для образцов в герметичный контейнер и извлеките его из перчаточного ящика через прихожую. Перенесите держатель образца из перчаточного ящика в камеру для образцов SEM с помощью перчаточного мешка, наполненного инертным газом под положительным давлением. Охарактеризуйте не менее пяти различных мест на поверхности каждого образца, чтобы выявить потенциальные поверхностные неоднородности.

При циклическом цикле при температурах заряда и разряда на уровне 20 градусов Цельсия наблюдалось резкое снижение емкости в каждом блоке из 25 циклов, за которым следовала значительная рекуперация во время эталонного цикла при температуре 25 градусов Цельсия. Езда на велосипеде при температуре 12 градусов Цельсия или 30 градусов Цельсия привела к заметно большему снижению емкости, чем езда на велосипеде при температуре 5 градусов Цельсия или 5 градусов Цельсия. При циклическом движении при заданной температуре заряда наблюдалась более высокая долговременная стабильность при более низких температурах разряда.

Аналогичным образом, при циклическом движении при заданной температуре разряда при более низких температурах заряда обычно наблюдалась более высокая долговременная стабильность. Ячейки, циклически обработанные при температуре разряда 20 градусов Цельсия и температуре заряда 0 градусов Цельсия или 15 градусов Цельсия, показали умеренное восстановление емкости после контрольного цикла с менее сильным падением емкости в течение длительного цикла, чем наблюдалось при температуре заряда 20 градусов Цельсия. На основе полученных данных была выведена модель для описания взаимосвязи между температурами заряда и разряда и скоростью деградации, что позволило определить оптимальные температуры в зависимости от потенциального применения.

Идея этого метода пришла нам в голову, когда мы обсуждали, как колебания температуры влияют на долговечность батареи. Мы проанализировали стандарты тестирования и поняли, что в основном они проводятся при одной и той же температуре окружающей среды. Тем не менее, батареи сталкиваются с постоянно изменяющимися температурами из-за сезонных изменений, смены дня и ночи и рабочих температур окружающего оборудования.

В данном температурном диапазоне может быть чрезвычайно большое количество перестановок температуры заряда и разряда. Поэтому мы используем оптимальный дизайн экспериментов, чтобы свести к минимуму количество тестов, необходимых для получения максимальной информации. Этот метод проложил путь к разработке более совершенных стандартов техники деградации с условиями, сопоставимыми с реальным использованием.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как проектировать, тестировать и анализировать данные о циклах работы батареи и сравнивать эти данные с результатами других тестов и с реальным использованием.