Evalwazzjoni tal-prestazzjoni termali tal-batteriji tal-jone tal-litju: Riċerka dwar metodi ta' ttestjar għall-konduttività termali tal-materjali tal-batteriji

Il-batteriji tal-jone tal-litju jintużaw għall-konverżjoni u l-ħażna tal-enerġija f'varjetà ta 'applikazzjonijiet, inklużi elettronika għall-konsumatur, vetturi elettriċi, sistemi aerospazjali, eċċ. Figura 1-1 turi l-istruttura ta 'batterija tal-jone tal-litju tipika. Il-batteriji tal-jone tal-litju jinkludu prinċipalment materjali ta 'elettrodu, materjali ta' elettroliti, materjali separaturi, munzelli ta 'batteriji u materjali komposti ta' bidla ta 'fażi ta' konduttività termali għolja ta 'ġestjoni termali.

                                                                    Figura 1-1 Dijagramma skematika tal-istruttura tal-batterija tal-jone tal-litju

(1) Il-konduttività termali, bħala wieħed mill-parametri importanti tal-prestazzjoni termofiżika tal-materjali tal-batterija, taffettwa serjament diversi karatteristiċi tal-batteriji tal-jone tal-litju. Il-batteriji tal-jone tal-litju se jiffaċċjaw kundizzjonijiet ta 'konfini differenti ta' elettriku, sħana, forza u kwalità waqt l-użu, li jagħmel l-ittestjar preċiż tal-konduttività termali tal-materjali tal-batteriji jiffaċċjaw sfidi serji fl-aspetti li ġejjin:

Materjali tal-batteriji tal-jone tal-litju ħafna drabi jinvolvu materjali li fihom l-enerġija u l-ħażna tal-enerġija. Taħt kundizzjonijiet ta 'konfini differenti, bħall-ġenerazzjoni tas-sħana u anke proċessi ta' piroliżi waqt l-iċċarġjar u l-ħatt, materjali ta 'bidla fil-fażi huma involuti wkoll fis-sistema ta' ġestjoni termali tal-batterija. , li teħtieġ kejl simultanju tal-konduttività termali matul dawn il-proċessi elettrokimiċi u termokimiċi, li hija aktar kumplessa minn tekniki ta 'ttestjar ta' konduttività termali preċedenti matul bidliet termofiżiċi pur.

(2) Hemm ħafna metodi ta 'ttestjar għall-konduttività termali, iżda għall-karatteristiċi u r-rekwiżiti kumplessi tal-materjali tal-batterija tal-jone tal-litju, l-ewwel huwa meħtieġ li jinstab metodu ta' ttestjar raġonevoli biex tiġi żgurata l-eżattezza tar-riżultati tal-kejl. Dan huwa veru speċjalment għall-materjali tal-batterija tal-jone tal-litju u l-ġestjoni termali tal-batterija. importanti.

(3) Minħabba l-kundizzjonijiet ambjentali numerużi involuti fl-ittestjar tal-konduttività termali tal-materjali tal-batteriji tal-jone tal-litju, se jkunu involuti ħafna metodi u tagħmir tal-ittestjar tal-konduttività termali differenti. Madankollu, fl-applikazzjonijiet attwali tal-inġinerija, għadna nittamaw li nottimizzaw il-metodi tal-ittestjar u niżviluppaw teknoloġiji ġodda tal-ittestjar, sabiex nużaw l-inqas metodi u strumenti tal-ittestjar possibbli biex jissodisfaw il-ħtiġijiet tal-ittestjar tal-konduttività termali ta 'diversi materjali tal-batteriji tal-jone tal-litju.

(4) Peress li l-materjali tal-batterija tal-jone tal-litju jinvolvu wkoll parametri oħra ta 'prestazzjoni termali u parametri ta' karatterizzazzjoni, bħal kapaċità ta 'sħana speċifika u runaway termali, dan jeħtieġ li metodi u strumenti ta' ttestjar tal-konduttività termali jiġu integrati ma 'strumenti oħra ta' ttestjar ta 'parametri ta' prestazzjoni termali, sabiex il- strumenti tal-ittestjar għandhom Funzjonalità multipli, parametri multipli jistgħu jiġu ttestjati fuq strument tal-ittestjar wieħed.

Fid-dawl tal-problemi u l-isfidi eżistenti ta 'hawn fuq, dan l-artikolu l-ewwel se jipprovdi reviżjoni kritika tat-teknoloġija tal-ittestjar tal-konduttività termali tal-materjali tal-batterija tal-jone tal-litju f'dawn l-aħħar snin, u mbagħad, ibbażat fuq l-analiżi u r-riċerka, jipproponi metodu prattiku li huwa aktar adattat għall-kejl tal-konduttività termali ta 'batteriji u materjali tal-jone tal-litju.

F'termini ta 'livelli ta' materjal tal-batterija tal-jone tal-litju, il-materjali ewlenin involuti huma elettrodi, elettroliti, separaturi, stacks separaturi ta 'elettrodi u materjali komposti ta' bidla ta 'fażi ta' konduttività termali għolja ta 'ġestjoni termali.

Fil-livell tal-materjal, il-konduttività termali u l-kejl tar-reżistenza termali tal-kuntatt ta 'elettrodi, elettroliti, separaturi, u stacks ta' elettrodi ġew irrappurtati.

Kif muri fil-Figura {{0}}, il-konduttività termali tal-kampjun tal-katodu fid-direzzjoni tal-ħxuna ġiet imkejla bl-użu tal-metodu tal-miter tal-fluss tas-sħana mgħasses (ASTM E1530). Il-katodu huwa magħmul minn frazzjonijiet ta 'volum ugwali ta' elettrolit tal-polimeru u materjali attivi u aċetilena. Magħmul minn taħlita sewda. Wara l-kejl, il-konduttività termali tal-materjal kompost tinbidel fil-medda ta '0.2 ~ 0.5 W/mK bejn 25 ~ 150 grad. Minħabba li l-materjal tal-katodu huwa rqiq wisq, saffi multipli ta 'materjali tal-katodu huma f'munzelli biex jiffurmaw kampjun li jista' jitkejjel bi ħxuna ta '1 sa 2 mm. Id-dijametru tal-kampjun huwa 25.4 mm, u l-pressjoni tat-test hija 10 psi biex titnaqqas ir-reżistenza termali ta 'kuntatt ikkawżata mill-istivar ta' saffi multipli.

Figura 2-1 Dijagramma skematika tat-test tal-konduttività termali bl-użu tal-metodu tal-miter tal-fluss tas-sħana protett

Kif muri fil-Figura 2-2, l-istruttura tal-apparat tal-kejl tal-konduttività termali fid-direzzjoni tal-ħxuna tal-materjal tal-elettrodu tal-batterija tal-jone tal-litju hija murija [2].

Figura 2-2 Konduttività termali fid-direzzjoni tal-ħxuna tal-materjali tal-batterija tal-jone tal-litju

L-apparat jadotta l-metodu tal-pjanċa tat-tisħin irqiq fi stat fiss. L-erja tal-materjal b'saff wieħed hija 431mm2 u l-ħxuna hija 0.42mm. Il-kampjun ittestjat huwa fil-forma ta 'superpożizzjoni b'ħafna saffi. Il-metodu flash intuża wkoll biex ikejjel il-koeffiċjent ta 'diffużjoni termali ta' materjali b'saff irqiq ta 'batteriji tal-jone tal-litju b'ħafna saffi, u l-koeffiċjenti ta' diffużjoni termali f'direzzjonijiet differenti ġew imkejla permezz ta 'direzzjonijiet ta' kampjunar differenti tal-materjali laminati.

It-teknoloġija tar-riflessjoni termali tad-dominju tal-ħin (TDTR) intużat biex titkejjel il-konduttività termali fid-direzzjoni tal-ħxuna tal-films LiCoO2. Il-ħxuna tal-kampjun hija ta 'madwar 500nm, u l-influwenza tal-grad ta' litiation fuq il-konduttività termali ġiet imkejla. Kejl fil-post tal-konduttività termali tal-katodu LiCoO2 waqt iċ-ċikliżmu wera li l-konduttività termali naqset b'mod riversibbli minn 5.4 W/mK għal 4.7 W/mK fuq delithiation.

Kif muri fil-Figura 2-3, il-metodu flash jintuża biex tiddetermina l-konduttività termali ta 'materjali ta' elettrodi negattivi (NE) magħmula minn grafita sintetika ta 'daqsijiet varji ta' partiċelli [4][14]. Id-daqs tal-kampjun huwa ta 'madwar 15mm fid-dijametru u l-firxa tal-ħxuna hija 1.1 ~ 9.5mm, esperimenti saru f'temperatura tal-kamra RT, 150 u 200 grad.

Figura 2-3 Prinċipju tal-kejl tal-metodu tal-flash tal-lejżer

Bl-istess mod, il-konduttività termali tal-elettrolit tal-polimeru tkejjel bl-użu tal-metodu tal-miter tal-fluss tas-sħana protett muri fil-Figura {{0}}. Id-differenza fit-temperatura fid-direzzjoni tal-ħxuna tal-kampjun ġiet imkejla. Din id-differenza fit-temperatura ntużat biex tiġi kkalkulata r-reżistenza termali totali, li minnha setgħet tiġi estratta l-ħxuna tal-kampjun. konduttività termali fid-direzzjoni. Il-kampjun tal-film tal-elettroliti tal-polimeru ġie ppreparat bit-teknika tal-barraxa u imdawwar bejn il-pjanċi ta 'fuq u ta' isfel tal-miter tal-konduttività termali, u tkejjel id-differenza fit-temperatura. Huwa rrappurtat li l-konduttività termali tvarja bejn 0.12 ~ 0.22W/mK fil-medda ta '25 ~ 150 grad.

Kif muri fil-Figura {{0}}, il-konduttività termali fil-pjan tal-materjal separatur ġiet imkejla bl-użu tal-metodu tat-tisħin DC [6]. Ittieħed kampjun separatur minn batterija tal-jone tal-litju 26650 f'kamra nadifa tal-Klassi 100. Żewġ wajers irqaq tat-titanju spazjati mill-qrib ħafna ġew depożitati fuq il-kampjun separatur. Wieħed mill-wajers intuża bħala heater, u ż-żewġ wajers intużaw għat-temperatura. Kejl, Kejl ultraveloċi tat-temperatura ta 'żewġ linji bħala funzjoni tal-ħin huwa użat biex jiddetermina l-proprjetajiet termali, ta' kampjuni separaturi. Il-konduttività termali fil-pjan f'temperatura tal-kamra hija 0.5W/mK, u dawn il-valuri ma jinbidlux b'mod sinifikanti meta mkejla f'50 grad.

Figura 2-4 Kapaċità speċifika tas-sħana tal-materjal tad-dijaframma u sistema ta 'konduttività termali fid-direzzjoni fil-pjan

Il-konduttivitajiet termali fid-direzzjoni tal-ħxuna u d-direzzjoni fil-pjan ta 'materjali tal-film tal-elettrodi pożittivi u negattivi u materjali separati ġew imkejla bl-użu ta' metodi differenti ta 'stat stabbli, u s-setup sperimentali huwa simili ħafna għall-metodu tal-miter tal-fluss tas-sħana unidimensjonali użat qabel . Id-daqs tal-kampjun huwa 30mm × 30mm, il-ħxuna tal-film b'saff wieħed hija fil-medda ta '24 ~ 106um, u l-firxa tar-riżultat tal-kejl tal-konduttività termali hija 0.19 ~ 31W/mK.

Kif muri fil-Figura 2-5, il-metodu flash intuża biex ikejjel il-koeffiċjent tad-diffużjoni termali fid-direzzjoni tal-ħxuna u d-direzzjoni fil-pjan tal-munzell tas-separatur tal-elettrodu magħmul minn anodi, separaturi u katodi b'ħafna saffi, u s-sħana speċifika il-kapaċità ġiet imkejla bl-użu ta 'kalorimetru ta' skannjar differenzjali. Minn dan, tinkiseb il-konduttività termali fid-direzzjoni tal-ħxuna u d-direzzjoni fil-pjan tal-munzell tas-separatur tal-elettrodu. Barra minn hekk, il-munzell tas-separatur tal-elettrodu meħud mill-batterija l-ġdida ġie ċiklat 500 darba f'45 grad biex jeżamina l-effett taċ-ċikliżmu f'temperatura għolja fuq il-konduttività termali.

Figura 2-5 (a) Metodu tal-flash tal-ittestjar tad-direzzjoni tal-ħxuna u fil-pjan

Minbarra r-rapporti ta 'hawn fuq dwar il-kejl tal-konduttività termali, ġie rrappurtat ukoll li r-reżistenza termali ta' kuntatt tal-munzell tas-separatur tal-elettrodu kienet imkejla fi pressjonijiet u temperaturi differenti bl-użu tal-metodu tal-fluss tas-sħana kostanti (ASTM D5470) [9] [16]. Kif muri fil-Figura 2-6, matul it-test, il-munzell tas-separatur tal-elettrodu taħt test kien imdawwar bejn żewġ blokki tar-ram, u r-reżistenza termali totali tal-munzell ġiet imkejla. Il-munzell tas-separatur tal-batterija jinkludi anodu tar-ram miksi bil-grafita, katodu tal-aluminju miksi b'ossidu tal-kobalt tal-litju, separatur tal-polyethylene/polypropylene u elettrolit. Il-firxa tat-temperatura tat-test hija -20 ~ 50 grad u l-pressjoni hija 0 ~ 250psi. Konklużjonijiet ewlenin meħuda mit-testijiet jinkludu: il-pakkett tal-batterija mxarrba għandu reżistenza termali ta 'kuntatt aktar baxxa meta mqabbel mal-pakkett tal-batterija niexfa u d-dipendenza fuq it-temperatura tar-reżistenza termali tal-munzell tas-separatur tal-elettrodu hija aktar dgħajfa. Madankollu, ir-reżistenza termali mkejla hawnhekk hija r-reżistenza termali totali, li tinkludi wkoll ir-reżistenza termali tal-materjal innifsu, mhux biss ir-reżistenza termali tal-kuntatt bejn materjali differenti tal-batterija. Ir-reżistenza tal-kuntatt termali bejn l-elettrodi użati u l-vireg tar-ram ġiet imkejla u mhijiex partikolarment rilevanti għall-operat in situ taċ-ċellula.

Figura 2-6 Metodu tal-fluss tas-sħana kostanti (ASTM D5470) biex titkejjel l-elettriku

Kif muri fil-Figura 2-7, f'xogħol ieħor, il-konduzzjoni tas-sħana tal-interface bejn il-katodu u s-separatur kienet ukoll imkejla bl-użu tal-metodu tal-fluss tas-sħana kostanti (ASTM D5470) [10]. Il-kejl juri li l-proprjetajiet termali tal-batteriji tal-jone tal-litju jiddependu ħafna fuq it-trasferiment tas-sħana madwar l-interface tal-katodu-separatur aktar milli permezz tal-batterija nnifisha. Din ir-reżistenza termali tal-interface tammonta għal madwar 88% tar-reżistenza termali totali tal-batterija.

Figura 2-7 Metodu tal-fluss tas-sħana kostanti biex titkejjel ir-reżistenza termali tal-kuntatt tal-materjal tal-batterija

Kif muri fil-Figura {{0}}, il-metodu tas-sors tas-sħana tal-pjan temporanju ntuża biex jitkejjel il-materjal tal-bidla tal-fażi mħallta tal-mili tal-graffen. Il-konduttività termali tal-materjal tal-bidla tal-fażi tal-paraffin qabel u wara li żżid il-grafene kienet 0.25W/mK u 0.25W/mK rispettivament. 45W/mK.

Figura 2-8 Sonda tat-test tal-metodu tas-sors tas-sħana fuq pjan transitorju u element tal-kejl

Għal materjali ta 'film irqiq bħal materjali tal-batterija tal-jone tal-litju, metodu ieħor effettiv ħafna għall-kejl tal-konduttività termali huwa l-metodu tal-mewġ tat-temperatura. Għalkemm dan il-metodu ġie introdott għal ħafna snin, għadu rarament użat, iżda se jkun metodu importanti u effettiv fil-futur.

Kif jidher mir-reviżjoni ta 'hawn fuq, jintużaw il-metodi ta' ttestjar li ġejjin għall-konduttività termali tal-materjali tal-batterija:

Metodu tal-miter tal-fluss tas-sħana protett fi stat fiss: ASTM E1530; (2) Metodu ta 'hot plate protett fi stat fiss: ASTM C177; (3) Refletometrija tad-dominju tal-ħin; (4) Metodu flash: ASTM E1461; (5) Miter tal-fluss tas-sħana fi stat fiss Metodu: ASTM C518; (6) Metodu tal-fluss tas-sħana kostanti: ASTM D5470; (7) Metodu tas-sors tas-sħana tal-pjan temporanju: ISO 22007-2; (8) Metodu tal-mewġ tat-temperatura: ISO 22007-3.

Jista 'jidher mill-metodi ta' ttestjar multipli involuti hawn fuq li, b'differenza mill-ittestjar tal-konduttività termali tal-materjal tradizzjonali, l-ittestjar tal-konduttività termali tal-materjal tal-batterija tal-jone tal-litju juri l-karatteristiċi sinifikanti li ġejjin:

(1) Film irqiq: Il-materjali tal-batterija tal-jone tal-litju huma bażikament f'forma ta 'film irqiq, u dak li huwa involut huwa teknoloġija tipika tal-ittestjar tal-konduttività termali tal-film irqiq;

(2) Anisotropija: Materjali tal-batterija tal-jone tal-litju b'film irqiq juru karatteristiċi anisotropiċi relattivament ovvji, u l-konduttività termali turi differenzi ovvji fid-direzzjoni tal-ħxuna u d-direzzjoni fil-pjan. It-test tal-konduttività termali tal-materjali tal-batterija tal-jone tal-litju huwa attwalment Problemi bl-ittestjar tal-konduttività termali tal-materjali tal-film anisotropiku;

(3) Ħafna varjabbli tat-test: Karatteristika sinifikanti oħra tat-test tal-konduttività termali tal-materjali tal-batterija tal-jone tal-litju hija li hemm ħafna varjabbli tal-kundizzjoni tat-test. Minbarra l-ittestjar tradizzjonali f'temperaturi differenti, jeħtieġ li jiġu inklużi wkoll kundizzjonijiet tat-test oħra, bħal tagħbijiet differenti. Kundizzjonijiet bħal pressjoni, ħlas SOC, atmosfera, vibrazzjoni, umdità, eċċ., Saħansitra jeħtieġ li jinxtegħlu.

Skont il-karatteristiċi tal-ittestjar tal-konduttività termali tal-materjali tal-batterija tal-jone tal-litju imsemmija hawn fuq, il-metodi varji tal-ittestjar imsemmija hawn fuq huma analizzati biex issir taf liema metodi ta 'ttestjar huma aktar adattati għall-ittestjar tal-materjali tal-batterija tal-jone tal-litju.

Meta nħarsu lejn il-metodi tat-test ta 'hawn fuq, aħna naqsmuhom f'metodi ta' stat fiss u metodi temporanji għall-analiżi.

Metodi fi stat fiss jinkludu prinċipalment: metodu tal-miter tal-fluss tas-sħana protett, metodu tal-pjanċa sħuna protetta, metodu tal-miter tal-fluss tas-sħana u metodu tal-fluss kostanti tas-sħana.

Il-karatteristika distintiva tal-metodu fi stat fiss hija dik ibbażata fuq il-liġi klassika tat-trasferiment tas-sħana ta 'l-istat fiss ta' Fourier, fluss tas-sħana uni-dimensjonali stabbli huwa ffurmat fid-direzzjoni tal-ittestjar tal-kampjun tal-film tal-materjal tal-batterija li għandu jiġi ttestjat, u t-temperatura korrispondenti u d-densità tal-fluss tas-sħana huma determinati billi titkejjel it-temperatura u d-densità tal-fluss tas-sħana taħt kundizzjonijiet differenti. konduttività termali u reżistenza termali ta 'kuntatt.

Bħala metodu tradizzjonali, il-metodu fi stat fiss huwa metodu ta 'ttestjar żviluppat ibbażat fuq il-proprjetajiet termali ta' materjali bl-ingrossa eħxen. Huwa preċiż ħafna u matur għall-ittestjar tal-konduttività termali ta 'kampjuni bl-ingrossa akbar u eħxen, bħall-protezzjoni tal-fluss tas-sħana. metodu tal-miter, metodu tal-pjanċa sħuna mgħasses, metodu tal-miter tal-fluss tas-sħana. Sabiex jiġu ttestjati l-materjali tal-film irqiq tal-batterija, huwa meħtieġ li jiġu superimposti saffi multipli ta 'materjali tal-film irqiq biex isiru kampjuni biex jissodisfaw ir-rekwiżiti tal-eżattezza tal-kejl tal-metodu ta' stat fiss. Dan l-istivar b'ħafna saffi inevitabbilment ikollu impatt serju fuq ir-reżistenza termali tal-kuntatt.

Fid-dawl tal-limitazzjonijiet tal-metodu tradizzjonali tal-istat fiss għall-ittestjar tal-konduttività termali ta 'materjali ta' film irqiq, il-metodu ta 'fluss ta' sħana kostanti żviluppat isolvi parzjalment il-problema tal-ittestjar. Permezz tat-teknoloġija unika tal-ittestjar tat-temperatura tal-wiċċ, tista 'titkejjel il-konduttività termali ta' films irqaq bi ħxuna ta 'mijiet ta' mikroni, li hija adattata ħafna għall-ittestjar. Munzelli ta 'batteriji magħmulin minn films b'ħafna saffi u materjali komposti ta' bidla fil-fażi ta 'konduttività termali għolja.

Għalkemm sar titjib korrispondenti, kwalunkwe sforz magħmul fuq il-metodu ta 'stat fiss huwa li jiġi sfruttat il-potenzjal tal-metodu ta' stat fiss u jespandi aktar il-limitu aktar baxx tal-firxa tal-kapaċità tat-test tal-metodu ta 'stat fiss. Wara kollox, il-limitu aktar baxx tal-kapaċità tat-test għadu żgħir ħafna. Limitata, hija ristretta mill-metodu ta 'stat fiss innifsu, speċjalment l-eżattezza tat-temperatura tal-wiċċ u l-kejl tal-ħxuna, li tagħmel dan l-ispazju ta' espansjoni limitat ħafna u l-effett diffiċli biex jiġi garantit.

Fil-qosor, għall-materjali tal-batterija tal-jone tal-litju, il-metodu ta 'stat stabbli temporanjament aktar adattat huwa l-metodu tal-fluss tas-sħana kostanti ASTM D5470, li jista' jkejjel il-konduttività termali u r-reżistenza termali. Id-daqs tal-kampjun huwa moderat u adattat għat-tagħbija ta 'diversi kundizzjonijiet tal-konfini.

Metodi temporanji jinkludu prinċipalment riflettometrija tad-dominju tal-ħin, metodu ta 'flash u metodu ta' sors tas-sħana tal-pjan temporanju.

Kuntrarjament għall-metodu fi stat fiss, il-metodu temporanju huwa metodu ta 'ttestjar ibbażat fuq ir-rispons dinamiku tal-materjal tal-kampjun għall-eċitazzjoni termali. Iktar ma jkun irqaq il-kampjun li qed jiġi ttestjat, iktar ikun mgħaġġel ir-rispons għall-eċitazzjoni termali. Għalhekk, il-qalba tal-metodu temporanju hija li tiskopri l-bidla tal-kwantitajiet fiżiċi matul iż-żmien. Il-kwistjoni tal-veloċità tal-bidla. Fl-istess ħin, matul ir-rispons rapidu tal-kampjun imkejjel għall-eċitazzjoni termali, l-influwenza tal-ambjent tal-madwar u kundizzjonijiet oħra tal-konfini ssir żgħira ħafna. L-iktar ħaġa importanti hija li bl-iżvilupp tat-teknoloġija, il-ħin ta 'rispons dinamiku ta' kampjuni bl-ingrossa (speċjalment materjali ta 'film irqiq) għal eċċitazzjoni termali m'għadux fl-ambitu ta' kejl rapidu quddiem it-teknoloġija kurrenti ta 'skoperta elettronika. Jintużaw diversi teknoloġiji elettroniċi kurrenti. Mezzi huma faċilment disponibbli għal kejl rapidu u preċiż tar-risponsi ta 'eċitazzjoni termali. Minn perspettiva oħra, għall-ittestjar tal-prestazzjoni termali tal-materjali, il-metodu temporanju jista 'jikseb kejl preċiż billi juża strumenti elettroniċi u tagħmir b'meded ta' frekwenza ta 'rispons korrispondenti għal firxiet ta' ħxuna differenti (ħinijiet ta 'rispons) tal-kampjuni ttestjati. Bħalissa, strumenti u tagħmir elettroniku Il-kapaċitajiet tal-ittestjar jaqbżu bil-bosta r-rekwiżiti għall-ittestjar tal-prestazzjoni termali ta 'materjali ta' film irqiq. Dan huwa l-akbar vantaġġ tal-metodu temporanju nnifsu, u huwa wkoll ir-raġuni ewlenija għaliex il-biċċa l-kbira tal-istrumenti tal-ittestjar tal-prestazzjoni termali għal materjali ta 'film irqiq fis-suq bħalissa jużaw il-metodu temporanju.

Fil-qosor, il-metodu temporanju bħala metodu ta 'kejl mingħajr kuntatt huwa adattat ħafna għal materjali tal-film dens u adattat għall-kejl ta' kampjuni irqaq ħafna. Madankollu, għal materjali ta 'film ta' densità aktar baxxa bħal materjali tal-batterija tal-jone tal-litju, se jiltaqgħu ma 'ħafna problemi ta' ttestjar, bħall-porożità. Il-kampjuni tal-materjal tal-film irqiq jeħtieġu trattament tal-wiċċ għall-kejl tal-konduttività termali, iżda t-trattament tal-wiċċ spiss jikkawża penetrazzjoni u jibdel il-proprjetajiet termali tal-kampjun tal-film. Barra minn hekk, nuqqas ovvju ieħor tal-metodu temporanju huwa li huwa diffiċli li jitgħabbew diversi kundizzjonijiet tal-konfini korrispondenti fuq il-kampjun imkejjel għall-kejl tal-konduttività termali, bħall-pressjoni u l-elettriku. Eċċezzjoni hija l-liġi tal-mewġ tat-temperatura fil-metodu temporanju, li se tiġi introdotta fit-taqsima li jmiss.

Mill-analiżi ta 'hawn fuq tal-metodi tal-ittestjar tal-konduttività termali tal-materjali tal-batterija, wieħed jista' jara li l-metodi eżistenti ma jistgħux isolvu tajjeb il-problemi li jiffaċċjaw l-ittestjar tal-konduttività termali tal-materjali tal-batteriji tal-jone tal-litju msemmija fil-bidu ta 'dan l-artikolu, u ttestjar ġdid jeħtieġ li jiġu riċerkati u żviluppati metodi. Indirizza l-isfidi tekniċi korrispondenti.

Permezz tar-riċerka tagħna, aħna nemmnu li l-kombinazzjoni tal-metodu ta 'stat fiss imsemmi hawn fuq u l-metodu temporanju se tkun approċċ tekniku effettiv. Il-forma ta 'kombinazzjoni speċifika hija l-metodu mtejjeb tal-mewġ tat-temperatura transitorju.

Il-metodu tat-test tal-mewġ tat-temperatura speċifikat fl-ISO 22007-3 jintuża prinċipalment biex jiddetermina l-koeffiċjent tad-diffużjoni termali ta 'films u folji tal-plastik fid-direzzjoni tal-ħxuna kollha. Il-metodu tal-mewġ tat-temperatura huwa metodu biex jitkejjel il-koeffiċjent tad-diffużjoni termali fid-direzzjoni tal-ħxuna ta 'kampjuni rqaq u ċatti billi titkejjel il-bidla tal-fażi tal-mewġ tat-temperatura bejn l-uċuħ ta' quddiem u ta 'wara tal-kampjun. Bl-użu ta ' resistors sputtered jew ikkuntattjati fuq żewġ uċuħ tal-kampjun, wieħed jaġixxi bħala heater biex jiġġenera mewġ tat-temperatura permezz tat-tisħin AC Joule u l-ieħor jaġixxi bħala termometru biex jiskopri l-mewġ tat-temperatura. Id-dijagramma skematika tat-tagħmir tal-kejl tal-metodu tal-mewġ tat-temperatura hija mogħtija f'ISO 22007-3, kif muri fil-Figura 5-1.

Figura 5-1 Skematika tal-apparat tal-kejl tad-diffusività termali bl-użu tal-metodu tal-mewġ tat-temperatura

Kif jidher mid-deskrizzjoni ta 'hawn fuq, l-apparat tal-kejl tal-metodu tal-mewġ tat-temperatura jinkludi microheater u sensor tat-temperatura iħares lejn xulxin, bil-kampjun installat bejniethom. Sinjal ta 'enerġija elettrika sinusojdali dgħajjef huwa fornut lill-heater, li jipproduċi mewġa ta' temperatura fuq il-wiċċ tal-kampjun. Is-senser tat-temperatura huwa sensor resistiv sensittiv ħafna li juża preamplifikatur biex jamplifika sinjali dgħajfa qabel ma jidħlu f'amplifikatur lock-in. Is-sinjal tat-temperatura osservat huwa taħlita tal-mewġa tat-temperatura tal-eċitazzjoni u sinjal tat-temperatura tal-isfond, bħat-temperatura tal-ambjent. Fil-kejl AC, vantaġġ wieħed ta 'lock-in amplifikazzjoni hija l-abbiltà tagħha li estratt u tanalizza bidliet f'komponent wieħed biss ta' frekwenza speċifikata fis-sinjal, li jikkumpensaw l-effetti tal-bidliet fit-temperatura tal-kamra (is-sors ewlieni ta 'żball) u l-komponenti tal-ħoss biex tikseb high- kejl tas-sensittività. Billi tillimita l-amplitudni attwali tal-mewġ tat-temperatura applikata għal grad 1 jew inqas, il-konvezzjoni u r-radjazzjoni jistgħu jiġu mrażżna b'mod effettiv u jiżguraw ftit ħsara lill-kampjun. Barra minn hekk, l-użu ta 'daqsijiet estremament żgħar tas-sensuri jippermetti li d-diffusività termali tiġi identifikata f'żoni iżgħar tal-kampjun.

Fil-qosor, il-metodu mtejjeb tal-mewġ tat-temperatura se jkollu l-karatteristiċi ewlenin li ġejjin:

(1) F'termini ta 'ikklampjar tal-kampjun, kontroll tal-ħxuna u kejl, il-metodu tal-mewġ tat-temperatura huwa bażikament l-istess bħall-metodu ta' stat fiss. Ċerta pressjoni u kundizzjonijiet oħra ta 'ttestjar jistgħu jiġu applikati għall-kampjun matul il-proċess tal-kejl. Fl-istess ħin, il-metodu tal-mewġ tat-temperatura għandu wkoll il-vantaġġi tal-metodu temporanju mingħajr kuntatt, li jikkonverti t-temperatura u l-kejl tal-fluss tas-sħana f'kejl ta 'frekwenza u fażi ta' preċiżjoni għolja, inaqqas l-iżbalji u jikseb kejl sensittiv ħafna.

(2) Għalkemm il-metodu tat-test tal-mewġ tat-temperatura speċifikat fl-ISO 22007-3 jintuża biex ikejjel il-koeffiċjent tad-diffużjoni termali fid-direzzjoni tal-ħxuna tal-materjal tal-film, dan il-metodu jista 'jintuża wkoll biex ikejjel il-koeffiċjent tad-diffużjoni termali fl-in- direzzjoni tal-pjan tal-film, u t-test konvertit Il-metodu huwa l-metodu klassiku ta 'mewġ termali perjodiku Angstrom .

(3) Jista 'jidher mill-prinċipju tal-kejl tal-mewġ tat-temperatura muri fil-Figura 5-1 li sakemm il-forma tat-tisħin AC hija kkontrollata għal forma DC, il-metodu tal-mewġ tat-temperatura jsir il-metodu tradizzjonali tal-miter tal-fluss tas-sħana u jista' jintuża għall-kejl tal-kampjun tal-pjanċa. Jiġifieri, il-koeffiċjent tad-diffużjoni termali u l-konduttività termali ta 'batteriji tal-jone tal-litju f'boroż u folji ta' daqsijiet varji jistgħu jitkejlu.

(4) Il-karatteristika aktar importanti hija li l-metodu mtejjeb tal-mewġ tat-temperatura għandu struttura kompatta u jista 'jiġi integrat ma' metodi oħra ta 'ttestjar tal-prestazzjoni termali. Dan l-aspett se jiġi introdott f'rapporti sussegwenti.

Skambjatur tas-Sħana tal-Pjanċa Għal SOFC/SOEC

Inconel601 Thermowell