Yazarlar Marc Steen ve Lois Brett bu el yazması gözden mükemmel destek için teşekkür ederiz.

Not: Bu çalışmada takip Protokolü ayrıntılı Ruiz ve ark. olarak açıkladı 39. önemli adımlardan bir özeti aşağıda açıklanmıştır.
1. kılıfı hücre hazırlık ve oluşumu
<ol><li>Boyut 250 mm x 164 mm ile anot malzeme, Lityum demir fosfat (LFP) katot malzemesi olarak ve 25 µm kalınlığında Polipropilen ayırıcı olarak yapay grafit ile bir yaklaşık 4 mm kalınlığında olan kese hücreleri B5, biçiminde imal.</li>
	<li>Elektrolit 80 g kullanın: 1 M LiPF6 ' % 1'vinylene karbonat içeren etilen karbonat: dietil karbonat (2:3 w/w). Not: Kese cep fabrikasyon yarı otomatik bir endüstriyel pilot çizgi aşağıdaki adımlardan oluşan gerçekleştirildi: Ben) aşağıdaki etkin materyal içeren bir bulamaç hazırlık: katot için anot ve LFP grafit Ciltçi ve iletken katkı maddelerinin bir laboratuvar ölçekli mikser, II) geçerli toplayıcıları bir bulamaç kaplama (alüminyum folyo ve bakır folyo, için anot ve katot elektrotlar, sırasıyla), III) bir takvim bir en iyi duruma getirilmiş elektrot performans açısından, Örneğin, elektrot için Yoğunluk, gözeneklilik, kalınlığı, elektronik iletkenlik ve empedans, ardından IV tarafından) derleme, doldurma ve mühürleme elektrolit.</li>
	<li>Hücre oluşumu taşımak. Bisiklete binme bir protokol pil cycler yazılımı aşağıdaki adımları kullanarak oluşturun.<ol>
<li>Pil cycler yazılım kurmak Test işlevini kullanın. Yeni dosyanın simgesini tıklatın (bkz. ek dosya 1ayer alan mavi ok).</li>
		<li>Her satırı Protokolü kodu, Bisiklet (Örneğin, geri kalan zaman ve kesme gerilim) parametresi için gösterir (ek dosya 1b). Her adım kadar 3,6 V, geçerli bir 10-mA kesim ile ve bir bilgi 0.1 C'de 2,5 V kadar deşarj 0.1 C şarj bir iki adım sabit akım sabit voltaj (CC-CV) gerçekleştirmek için gerektiği şekilde doldurun. Oluşumu adımdan sonra şarj (SOC) % 30 durumunu, pil hücreleri şarj edin. Kaydet düğmesini tıklatın ve bir dosya adı girin.</li>
		<li>Yanında tıkırtı üstünde onun karşılık gelen kanal (bakınız mavi ok No 1 ek dosya 2) cycled için hücre seçin. Bu kanal "Devlet" sütun "seçilen" olarak işaretlenmiştir. Araç çubuğu üstünde çalışma düğmesi (bakınız mavi ok No 2 ek dosya 2) tıklatın.</li>
		<li>(Bakınız mavi ok No 1 ek dosya 3) protokolü seçin, hücre (bakınız mavi ok No 2 ek dosya 3) kapasite (Ah) ayarlayabilir ve bir oda (bakınız mavi ok No 3 ek dosya 3) atayabilirsiniz. Geçerli bir dosya adı tanımlamak ve tıkırtı üstünde başlamak düğme.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. hücre fikstür elektrokimyasal test önce
<ol><li>Her iki katı plakaları oluşan karşılık gelen sahipleri yerleştirin (bir genişliği ve uzunluğu 300 mm x 300 mm, sırasıyla ve 12 mm kalınlığında) polikarbonat yapılmış.</li>
	<li>Bir ısıl her hücre yüzey ısı farklılıkları izlemek için sahipleri içinde taraflardan biri ortasına yerleştirin.</li>
	<li>Hücreleri ve armatürleri deneme boyunca ortam sıcaklığı kontrol etmek için bir sıcaklık oda içine yerleştirin. İki hücre aynı sıcaklık odasında özdeş bir protokol sonrası yerleştirin.</li>
	<li>4-telli bağlantısı üzerinden hücreleri için cycler bağlamak.</li>
</ol>3. elektrokimyasal Bisiklete binme
<ol><li>
Hücre Klima
	<ol>
<li>Sıcaklık 25 ° C'de çevre odasında ayarlayın. Termal bir denge sağlamak en az 12 h izin.</li>
		<li>Üç şarj/deşarj döngüsü pil cycler kullanarak gerçekleştirin.<ol>
<li>Bir iletişim kuralı aşağıdaki adımları 1.3.1 ve 1.3.2 pil cycler için oluşturun. Bu durumda, bir CC-CV 0.1 C'de (dan nominal kapasitesi) 3.7 V kadar (CV faz 0,01 C veya 1 h kadar), bir 30 dk sonra CC deşarj 2.7 kullanımı V. kadar 0,1 c şarj için protokol adımlara uydurmak dinlenmek zaman Bisiklete binme her defasında.</li>
			<li>1.3.3 ve 1.3.4 kanal ve protokol seçimi için adımları izleyin.</li>
			<li>İki hücre aynı sıcaklık odasında (iki hücre aynı protokol sonrası) yerleştirildiğinde, aynı anda iki karşılık gelen kanal seçin. Bu iki hücre Bisiklete binme ve oda sıcaklık şartları eşitlenmesi garanti eder.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Bir başvuru döngüsü (adım 3.2) gerçekleştirmek ve ilk kapasite (Cben) (Tablo 1) değerlendirmek için kullanabilirsiniz.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Bisiklete binme başvuru
	<ol>
<li>Bir parçası olarak hücre koşullanma (adım 3.1.3) belirli aralıklarla Bisiklete binme başvuru yapmak (yani, aşağıdaki 25 uzun vadeli döngüleri, yaşlanma aşağıya bakınız).</li>
		<li>Farklı bir sıcaklıkta test gerçekleştirildiğinde odasının sıcaklığı 25 ° C'de ayarlamak ve termal stabilizasyon (< 1 Kh-1) yeterli zaman tanıyın.</li>
		<li>İki CC şarj/deşarj döngüsü pil cycler kullanarak gerçekleştirin.<ol>
<li>Bir iletişim kuralı aşağıdaki adımları 1.3.1 pil cycler için belgili tanımlık bilgisayar yazılımı ile oluşturun. ve 1.3.2. Bu durumda, protokol adımları bir CC şarj-deşarj 0.3 c için ayarlayın (Örneğin, IEC 62660-1:2011)13. Bisiklete binme her adımdan sonra ilave bir sıcaklık sabitleme (< 1 Kh-1) için bekleyin.</li>
			<li>1.3.3 ve 1.3.4 kanal ve protokol seçimi için adımları izleyin.</li>
			<li>İki hücre aynı sıcaklık odasında (iki hücre aynı protokol sonrası) yerleştirildiğinde, aynı anda iki karşılık gelen kanal seçin. Bu iki hücre Bisiklete binme ve oda sıcaklık şartları eşitlenmesi garanti eder.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Uzun vadeli (yaşlanma)
	<ol>
<li>100 şarj/deşarj döngü gerçekleştirin. Bir iletişim kuralı aşağıdaki adımları 1.3.1 ve 1.3.2 pil cycler için belgili tanımlık bilgisayar yazılımı ile oluşturun. Bu durumda, 1 C (CV faz kadar 0,1 C veya 1 h) 3.7 V kadar ve bir CC 2.7 V sabit bir sıcaklık kadar geçerli 1 c (Tc) şarj ve deşarj (Td) sırasında boşaltma bir CC-CV şarj protokolü adımları ayarlamak.</li>
		<li>1.3.3 ve 1.3.4 kanal ve protokol seçimi için adımları izleyin.</li>
		<li>3.3.1. adımdaki 100 şarj/deşarj döngüsü için çeşitli sıcaklık kombinasyonları (10), uzun vadeli yaşlanma gerçekleştirmek, sıcaklığı 30 ° C ile-20 ° C arasında değişir (bkz. Tablo 1' deki test matris) DOE D-optimizasyon36 geliştirilen (minimum hata tahmin). Bir dinlenme zamanı 30 dk test protokolünde her şarj veya Tc ve Td ayni (sınav No. 1 ve 2, 3 ve 4, 9 ve 10, 13 ve 14 ve 19 ve 20, Tablo 1) olduğunda adım boşaltma sonra ayarlayın. Ancak, TC ve Td farklı olduğunda (testleri No 11 ve 12, 5 ve 6, 7 ve 8, 15 ve 16 ve 17 ve 18, Tablo 1), sıcaklık 1 Kh-1içinde stabil olana bir dinlenme zamanı ayarlayın.</li>
		<li>Bir başvuru döngüsü (bkz. Adım 3.2) 25 döngüleri her kümesi sonra gerçekleştirin.</li>
		<li>Onun tekrarlanabilirlik değerlendirmek için bir kez bir farklı taze hücre her sınama işlemini yineleyin.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Bozulma hızı
	<ol>
<li>Hücre bozulması [kapasite saklama (CR)] kullanarak değerlendirmek: i) son başvuru döngüsü ve ilk başvuru döngüsü, CRref (bkz. Adım 3.2) ve II) uzun süreli kapasite saklamak ilk çevriminin CR ile karşılaştırma uzun vadeli (bkz. Adım 3.3) ve aşağıdaki denklemler (1 ve 2): (1)<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq1.jpg"> (2)<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq2.jpg"><ol>
<li>Bisiklete binme verilere erişmek için pil cycler istemci yazılımını kullanın. İlk olarak, görselleştirme (dosyayı ek dosya 4' te açık) şablonunu seçin ve uygun olan yerlerde 3.1.2 veya 3.2.3. adımda tanımlanan dosya adı seçin. Not: Ek dosya 5 Bisiklete binme verilerle bir işlev (ek dosya 5, en iyi grafik) döngüsü sayının ve potansiyel ve akım varyasyonu olarak kapasite tutma ve sıcaklık bir fonksiyonu olarak bir örneği gösterilir. Time (ek dosya 5, alt grafik). Denklemler (1) ve (2) doğrudan yazılım özelliklerini kullanarak araziler belirlenebilir.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Bozulma oranları uygun (DR) CRref ve toplam kullanarak varsayarak DR şarjla Tc bağlıdır (yani, başvuru geçer ve uzun vadeli döngüleri) devir sayısı ve Td sıcaklık kadar ikinci dereceden terim ve Denklem (3) aşağıdaki gibi bu havalarda arasındaki etkileşimi deşarj: (3)<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq3.jpg"> Not: Parametreleri AI ve onların istatistiksel anlamlılık en azından-kare uygun bir ve bir ANOVA tarafından (err) ölçüm belirsizlikle σ varyansın bir normal dağılım izler varsayarak belirlenir. Artık uygun dağıtıma karşı ikinci onaylanması.<ol>
<li>Bu amaçla, bir yazılım ile 'Uygun model' işlevini kullanın. Stepwise (mavi ok No 1 ek dosya6) seçeneğini ve Max K katlı RSquare fonksiyonu (mavi ok No 2 ek dosya6) seçin ve devam' ı tıklatın. Bu bir eşdeğer eğitim alt kümesine böler ve uygun her alt küme ayrı ayrı yapılır. Fazla uygunluk önlemek için en iyi genel RSquare değeri seçin.</li>
			<li>Üzerinde marka model'ı tıklatın. Ek dosya 7 uydurma sonuçlarını gösterir. Ayrıca her parametre (birben) önemi (PValue) hesaplar. 'Etkisi Özet' tablosunda en az önemli parametreleri silin. Bu durumda, bir4 (deşarj sıcaklık karesel bağımlılık) gösterildi değil önemli. Bu nedenle, daha fazla çözümleme kaldırıldı. Ek dosya 8 gerçek veriler ile son uyum göstermektedir.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. post-mortem Analizi
<ol><li>Hücreleri sökmeye. Hava kirlenmesini önlemek için bu adımı bir torpido (< 5 ppm için O2 ve H2O) içinde yerine getirir. Seramik makas kullanarak kese hücre kesmek. Anot ve katot elektrot (5 x 5 mm) küçük parçalar kesip ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) örnek taslakları üzerinde mount.</li>
	<li>Kapalı bir kapta SEM örnek sahibi yerleştirerek kirlenmesini önlemek ve doğrudan Örneğin, inert gaz ile dolu odasının girişinde bağlı bir eldiven torba kullanımı yoluyla SEM örnek odasına aktar.<ol>
<li>Havaya maruz azaltmak amacıyla inert gaz eldiven çantada bir aşırı basınç korumak.</li>
	</ol>
</li>
	<li>İncelemek için derinlemesine önce ve sonra Bisiklete binme, elektrotlar morfolojisi gerçekleştirmek için ikincil elektronlar iki dedektörleri kullanarak SEM görüntüleme: bir objektif dedektör ve bir Standart ikincil elektron dedektör. Gerilim objektif dedektör ve ikincil elektron dedektörü 1 için hızlandırılması olarak kullanmak kV ve 15 kV, anılan sıraya göre.</li>
	<li>Her örnek için örnek'ın yüzeyinin temsilcisi SEM filmler var ve potansiyel inhomogeneities yüzeyinin belirlemek için en az beş farklı yerlerde karakterize. Her konum için SEM düşsel vasıl aşağıdaki büyütme yürütmek: 1 kX, 3 kX, 5 kX, 10 kX, 20 kX, 50 kX, 75 kX, 100 kX, 150 kX ve 200 kX.</li>
	<li>Elektroda bir 80 mm2 silikon drift bulmak (SDD) ile bir enerji dağıtıcı x-ışını (EDX) spektrometresi kullanılarak kimyasal bileşimi analiz.<ol>
<li>15 hızlanan bir gerilim kullanın kV ve çalışma mesafesi 13 mm ikincil elektron görüntüleri kullanarak Elementel analiz yapmak.</li>
		<li>Her malzeme en az beş farklı yerlerde numune yüzeyi için seçin ve en az 5 puan spectra oluşturmak için analiz.</li>
		<li>2 kX 25 kX için bir yarı kantitatif analiz gerçekleştirmek ve daha iyi herhangi bir belirli parçacıkları veya yapısal değişiklikler hedefleyen kadar farklı büyüklüklerde kullanın. Sonuç olarak, her örnek için en az elemental kompozisyon araştırmak için 25 EDX spectra ürününün toplamak.</li>
		<li>Kimyasal analiz üzerinde verilen bir konumu gösteren bir örnek başlatmadan önce bakır spektral kalibrasyon için kullanın. Son olarak, bir EDX eşleme ile ilgili olarak her örnek farklı yerlerde ölçülen ortalama değerleri 2 h satın alma zaman kullanın.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

Yazarlar Matteo Destro ve Daniela Fontana, Lithops S.r.l bu makalede kullanılan pil hücreleri üreten çalışanlardır. Diğer yazarlar ifşa gerek yok.

(-20 ° C'de,-20 ° C) bisiklet için davranış (Şekil 1bir)-ebilmek var olmak (i) öznitelikli kinetik kısıtlamaları şarj sırasında (azaltılmış iyon difüzyon, arabirimin Elektrot/Elektrolit41, bir yoksul şarj transfer direnç bir azaltılmış iyon iletkenlik, ücret dengesizliği, vb) ve/veya düşük sıcaklıklarda şarj hızlı bir şekilde ne zaman diffüz zaman lityum (II) kaplama yüksek sıcaklıkları42, Bisiklete binme. Sıcaklık 25 ° C'ye geri olduğunda, iyon difüzyon artar ve dengesiz durumu bir denge olduğunu. Bu kapasite kurtarma yol açacak. Benzer bir davranış literatürde bulunamadı. Belirli bir kurtarma süre sonra oda sıcaklığında bazı kısmi iyileşme kapasitesi olmasına rağmen soruşturma altında hücre türü için bu sıcaklık kombinasyonu nedeniyle hızlı kapasite çürüme, sürekli Bisiklete binme için önerilmez.
Öte yandan, hücrelerin (12 ° C, 30 ° C) cycled açabileceğinin (Bu hiç şüphesiz uzatır genel test süresi) başvuru değerlendirme geçiş yapmak için kesintisiz tarafından etkilendiğini (Şekil 1bir). Bu örnekler Bisiklete binme bozulması başından beri acı ve bunları örnekler ile karşılaştırarak < 12 ° C'de cycled ne zaman ek düşmesine daha duyarlı olabilirler
Uzun vadeli yaşlanma Tc ile yakın bir kapasite saklama ve test sıcaklığı (-5 ° C ile 30 ° C arasında Şekil 1baralığının) arasında ikinci sırada polinom ilişki gösterdi Td =. Ömer vd. 12 (aralığında sıcaklığı-18 ° C ile 40 ° C) benzer bir davranış gösterdi. Davranışını büyük ölçüde genel eğilim--dan farklı olarak (-20 ° c,-20 ° C) değeri dikkate alınan değildi. CRrefkapasite ölçümleri, bu 15 ° C ile-20 ° C aralığında Bisiklete binme küçük bozulması (Şekil 1b) uğratan görünür. Farklı davranış gösterdi CRhakem tarafından ve CRuzun vadeli farklı sıcaklıklarda ve farklı C-oranyapılan testler üzerinde hesaplanır olarak açıklanabilir. Böylece, onlar için farklı işlemler duyarlıdır: geri dönüşümsüz yaşlanma (bozulması sonuçları vardır sürekli)12,43 ve tersinir yaşlanma [Yaşlanma sonucu olabilir (diğer genişletilmiş geri yüklenenÖrneğin, kez)]. Bir yandan, CRref geri dönüşü olmayan bozulma ve diğer taraftan duyarlıdır, kabul edilebilir CRuzun vadeli geri dönüşümlü ve geri dönüşümsüz düşmesine duyarlıdır.
Uzun süreli test sırasında deşarj profilleri karşılaştırılabilir (Şekil 2bir); kalır > 3 Ah (deşarj kapasitesini bir düşüş)8ana farktır. Başvuru Bisiklete binme (Şekil 2biçin), üç yaylalar 3.15-3,30 V, karşılık gelen (3,43 V karşılık redoks çift Fe3 +/Fe2 +için) katot arasındaki gerilim farkı aralıkta görülebilir44 ve anot45,46enterkalasyon aşamaları. Ne zaman bisiklet, cyclable Lityum veya malzeme bir bozulma yaşlanma47nedeniyle tüketimi nedeniyle Kapasite değerleri düşürmek için bir yer vardır.
Ne zaman belirli bir Tc, Bisiklet uzun vadeli istikrar daha düşük bir Tddaha yüksek bulundu. Bu yüksek sıcaklıklarda daha yüksek bir düşmesine yol genel eğilim ile tutarlıdır. Bu üç çift değerlendirildi ve rakamlar 3a - 3 cgörüntülenen kombinasyon için gözlendi. Böylece, Td Bisiklete binme 30 ° C yol = Td daha yüksek bir yıkımı için =-5 ° C, aynı varlık Tc . Benzer şekilde, Td = 12 ° C olduğunu daha Td daha zorlu Tc aynı (12 ° C) olduğunda-10 ° C =.
Bazı durumlarda, bozulma eğilim bulundu başvurusunu Bisiklete binme vardır uzun vadeli bisiklet için gösterilen tersidir. Bu durumda (30 ° C,-5 ° C) için vs (30 ° C, 30 ° C) olduğunu ve (12 ° C,-10 ° C) vs (12 ° C, 12 ° C) Bisiklete binme. Uzun vadeli yaşlanma geri dönüşü olmayan ve geri dönüşümlü efektleri tarafından etkilenir, ancak başvuru döngüsü değerlendirmesi yalnızca geri dönüşü olmayan Bozulması gösterir. Ayrıca, daha yüksek içinden damla (düşük sıcaklıklarda yüksek) 1 C bisiklet yol açar. Hücreleri davranışını (30 ° C,-5 ° C) test olduğunu (-5 ° C'de, 30 ° C) test hücreleri ile karşılaştırıldığında, bu her iki durumda da benzer bir bozulma olduğunu söylenebilir [CRuzun vadeli yaklaşık % 90 ' (Tablo 1)]. Ancak, CRref (-5 ° c, 30 ° C) daha düşük bir bozulma gösterir. Bu koşullar altında (yani, verilen Td), daha yüksek Tc rakamlar 4a ve 4btarafından gösterildiği gibi daha fazla bozulması anlamına gelir. TC = 30 ° C Bisiklete binme aşağılar daha Tc için karşılaştırıldığında hücreleri ( Td olduğunda) =-5 ° C. Bu daha önce tartışılan diğer bisiklet koşullarını için veri yorumlanması ile tutarlıdır.
Özet, bu o Bisiklete binme (-5 ° c,-5 ° C), (0 ° C,-20 ° C) söylenebilir (5 ° C, 5 ° C), (12 ° C, -10 ° C) ve (15 ° C-20 ° C) 100'den fazla döngüleri neredeyse hiçbir düşmesine yol açtı. Örnekleri test Td =-20 ° C olduğunu kanıtladı istikrarlı (kurtarma görevinde Şekil 4c+ 25 ° C'de), yaparak bu örnekler alt Oda sıcaklığı uygulamalar için uygundur. Bu kapasite kurtarma Tcartan daha az etkileyici. Bu el örnekleri tarafından gösterilen davranış tersinir bozulması düşük sıcaklıklarda (kinetik bileşeni) büyük bir bileşeni olduğunu gösterir.
İlk anot malzeme (grafit) yüzeyi genellikle durumda düz (rakamlar 6a ve 6 d). Bisiklete binme sonra yüzey kabartır, aynı zamanda başkaları tarafından48görülmektedir. Morfoloji çağırırdık bölgedeki elektrot (rakamlar 6 c ve 6f) Merkezi bölümü bile mukayese (rakamlar6b ve 6e) daha belirgin değişimdir. Büyütme oranını arttı zaman yarımküresel parçacıklar çağırırdık bölgesinde (Şekil 6e) görülebilir. Bu yapılar var bir ortalama çapı 35-175 nm ve aynı zamanda başkaları tarafından49,50,51gözlenmiştir. Bu çalışmalarda, onlar üzerinde50SEI katman büyür taneli metalik Li parçacıklar49,50 kaplama için atanmıştır. Bu platting için mantıklı bir açıklama atanabilir: (i) bir dereceye Lu vd tarafından açıklandığı gibi ücretler 49 (% 10 overlithiation) veya (II) inhomogeneous sıkıştırmayı Bach ve ark. tarafından okudu gibi elektrotlar 52.
İkincil elektron SEM parlak parçacıklar bir cycled anot (Şekil 6i) dağıtılmış gösteriyor. Bu parçacıklar sakinleştirmek bölgesinde (ek veri, ŞekilS1) daha az görülebilir ve yumru bölgesinde (Şekil 6 h) görünür değildir. EDX araştırmalar tanımlanan bu parçacıklar metalik Cu (bkz: Şekil 6ben ve Şekil S2' ek veri eklemek). Cu (geçerli toplayıcı) çözülür ve elektrot üzerinde precipitates mümkündür (Örneğin, geçerli Toplayıcı korozyon oluşur nedeniyle reaktivite elektrolit ile ve ne zaman potansiyel anot çok olumlu vs Li/Li+) 28. çağırırdık bölge'de, bir konsantrasyon yukarıda arka plan sinyal sahip Cu izleri de abserved olmuştur. Öyle olabilir spekülasyonlar bazı nedenlerden dolayı Cu yağış koşulları o bölgedeki iyilik yap. Son olarak, Fe izleri de ölçülen var. Bu katot malzemeden (LiFePO4), demir çözünme bağlanabilir başkaları tarafından48,53,54tanımlandığı gibi. LiPF6 elektrolit (HF izleri)55, taze malzeme (ek malzeme Şekil S3) karşılaştırıldığında hiçbir değişiklik gösterdi cycled katot değerlendirilmesi temel. Daha fazla deney devam etmekte olan daha fazla bu katot malzemelerin karakterize için.
Tablo 1 bozulma oranları (DRs) en azından-kare yöntemi (2D) ile donatılmış sıcaklıklar (şarj etme ve boşaltma), test çizilen vs vardı CRref hesaplanır. Şekil 7 oluşturulan, noktaların ölçülen DRsolduğu yüzey montaj görüntüler. Veri kümesi için uygun öğrenme ve doğrulama veri ayrıldı. Polinom fonksiyon seçilen (en iyi R2) idi. Alt DRs kırmızı temsil koşullarla ve mavi koşulları daha yüksek DRsile temsil eder. Sonuç modeli denklemi nedir:
(4)<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq4.jpg"><img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq5.jpg">
Polinom katsayıları istatistiksel anlamlılık doğruladı ANOVA tarafından DR Tc ile ikinci dereceden bir ilişki ve Tddoğrusal bir ilişki götürür.
Uygun uygulamalar seçilmiş olması gerekiyorsa yararlı olabilir diğer gözlemler: Tc 15 ° C, DR ne zaman değil bağlı olduğunu, Td; Tc < 15 ° C, daha yüksek bir bozulma olduğunda daha yüksek bir Td; Tc > 15 ° C, daha düşük bir bozulma daha yüksek bir Td; ortaya çıktığında en düşük DR için karşılık gelen (Tc -7 ° C, Td = =-20 ° C); karşılık gelen en yüksek DR (Tc = 30 ° C de Td =-20 ° C) veya (Tc -20 ° C, Td = = 30 ° C).
Bu çalışmada sunulan sonuçlar daha gerçekçi senaryoları göstermek için gelecekteki standartları ve tasarımı için konu ile ilgili olabilir. Diğer kimyaları kullanarak daha fazla deneyleri uygulamaya bağlı olarak en uygun bir çalışma aralığı bulmak için bu sonuçlar geçerliliğini kontrol etmek için ihtiyaç vardır. Ek çalışma takvimi yaşlanma etkilerini değerlendirir.

Dayanıklılık bir lityum-iyon pil (LIB)1,2,3 araştırma, Emanet davranış, performans ve maliyet ihmal değil ilgi çok önemli konu haline gelmiştir. Gerekli4,5,(Örneğin, birkaç yıl tüketici için diğer uygulamalara göre6 nispeten uzun ömürlü pil bozulması e-mobilite uygulamaları için özellikle zorlu olduğunu Elektronik). LIBs (Örneğin, kapasite ve direnci açısından) ilk performansını elektrokimyasal nedeniyle zamanla bozulur ve takvim yaşlanma. Birçok faktörler (Örneğin, elektrot malzeme, çevre koşulları, geçerli yükler ve kesme gerilimleri) bozulması belirleyici olabilir. Edebiyat sıcaklık bir elektrot etkin malzeme ve elektrot-elektrolit yan reaksiyonlar7bozulması etkileyen ana faktörler olarak tanımlar. Pil dayanıklılığı farklı sıcaklıklarda1,8,9,10,11, ile edebiyat ilgili yayınlarda büyük miktarda rağmen 12, bu çalışmalar yalnızca belirli hücreleri, yöntemleri ve kullanılan ayarları temsil eder. Bu nedenle, diğer hücrelere ekstrapolasyon arasında farklı çalışmalar çok zor nicel bir karşılaştırma yapmak önemsiz değil.
Düşmesine neden olan işlemleri birçok sıcaklık bağımlı çünkü farklı şarj etme ve boşaltma adlı Bisiklete binme pil bozulması davranışını biraz etkisi olabilir beklenen. Ayrıca, uygulamaları bir dizi farklı şarj etme ve boşaltma sıcaklıklar daha inandırıcı bir senaryo temsil [Örneğin, bir e-bisiklet bir ısı kontrollü ortamında (kapalı) kullanılıyorsa ve e-Bisiklete sağlanıncaya pil (yani , taburcu) çeşitli sıcaklıklarda (açık); mevsimlik ve günlük sıcaklık derecesi fluctuations birçok uygulamada deneyimlidir]. Ancak, yaşlanma test sonuçları genellikle literatürde yayınlandı şarj etme ve boşaltma adımları için aynı sıcaklık çalışma. Ayrıca, ilgili standartlar13,14,15,16,17 ve test yöntemi kılavuzları18,19,20 aynı sıcaklık kullanın. Edebiyat bir örnek farklı sıcaklıklarda (Örneğin, 45 ° C, 65 ° C)21 şarj ve deşarj için bisiklet bulduk. Bu eser yazarları katı elektrolit arabirimi (SEI) katman büyüme ve21kaplama Lityum atfedilen deşarj daha yüksek sıcaklıkta görevinde daha yüksek bir fade nitelendirdi. Pil bozulması koşulları temsilcisi gerçekçi senaryolar altında değerlendirilmesi arzu edilir. Gelecekteki standartlara ve düzenlemelere ve sonuçları adet test bu çalışmada sunulan yarar ve farklı sıcaklıklarda22, akıntı olabilir.
Genel bir kural olarak daha yüksek test sıcaklıklar Bozulması1,11,12hızlandırmak, SEI11,23,24büyüme artırmak ve SEI değişimler teşvik 11,23. Öte yandan, düşük sıcaklık Bisiklete binme olası sorunlar sonuçları: kaplama ve dendrite büyüme kolaylaştırdı (yavaş Lityum-iyon difüzyon)25,26,27,28. Lityum metal tepki azaltılmış bir dayanıklılık için önde gelen elektrolit ile daha fazla ve azaltılmış Emanet derecesi28,29.
Wang vd. 8 solmak içinde kapasite güç Hukuk ilişkisi ile şarj geçerek (15 ° C ile 60 ° C arasındaki sıcaklıklarda) takip yayınlandı. Diğer yazarlar karekökü ile ilişki içinde kapasitesi10,30,31,32,33,34fade zaman anlatmıştık. Bu SEI30,31 büyüme atfedilen geri dönüşü olmayan kapasite kaybına temsil etmek için etkin Lityum tüketildiği olmalıydı. Kapasite bozulması doğrusal bozulması ile saat33,34,35pay de bulunabilir. Son olarak, solmak içinde kapasite çeşitli sıcaklıklarda bazı simülasyonlar deneysel sonuçlar ile doğrulanmış ve veri bozulması ve sıcaklığı8,10üstel bir bağımlılık gösterdi.
Bu çalışma, ücret farklı sıcaklıklarda etkisini ve deşarj Lityum demir fosfat (LFP) bozulması davranışını / alt ortam sıcaklığı için tasarlanmış grafit hücreleri açıklanmıştır. Olası sıcaklık kombinasyon deney (DOE) yöntemi36tasarımını kullanarak simge durumuna küçültülmüş; Endüstriyel iyileştirme süreçlerinde yaygın olarak kullanılan bir yaklaşım. Bu yöntem aynı zamanda Forman vd tarafından uygulanan Pil bozulması, en az tahmin hata (D-Optimum) sağlayan çalışmaya, 37 . Alternatif olarak, Muenzel vd. 38 ömer vd. verileri yeniden kullanma çok faktörlü hayat tahmin modeli geliştirdi 12. verileri takıldı ve bir bozulma matris elde edildi.
Geçerli çalışma, elde edilen veriler arasındaki sıcaklıklarda şarj ve deşarj birinci dereceden etkileşim içeren bir doğrusal olmayan az kare montaj (polinom) tarafından takıldı. Bir varyans analizi (ANOVA) katsayıları ve polinom derecesi değerlendirmek için kullanıldı. Yöntem sıcaklıklarda şarj ve deşarj ve olası ilişkileri etkisini anlamak için yardımcı olur. Bu bilgiler gelecekteki uygun kuruluş amaç ve gerçekçi iletişim kuralları ve standartlar için destek ilgili olabilir.

<table><tbody><tr><td>artificial graphite&amp;nbsp;</td><td>IMERYS</td><td></td><td>D50 about 6&amp;nbsp;&amp;micro;m. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons</td></tr><tr><td>lithium iron phosphate</td><td>BASF</td><td></td><td>D50 about 11&amp;nbsp;&amp;micro;m. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons</td></tr><tr><td>Cu foil&amp;nbsp; &amp;nbsp;</td><td>Schlenk</td><td></td><td>16&amp;nbsp;&amp;micro;m thickness. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Al foil</td><td>Showa Denko</td><td></td><td>20&amp;nbsp;&amp;micro;m thickness. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>separator&amp;nbsp;</td><td>Celgard</td><td></td><td>separator. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons</td></tr><tr><td>Maccor cycler</td><td>Maccor</td><td>Maccor Series 4000&amp;nbsp;</td><td>Battery cycler</td></tr><tr><td>BIA chamber</td><td>BIA</td><td>BIA MTH 4.46&amp;nbsp;</td><td>environmental temperature chambers</td></tr><tr><td>SEM</td><td>Carl Zeiss, Germany</td><td>ZEISS SUPRA 50</td><td>Scanning Electron Microscope</td></tr><tr><td>EDAX</td><td>Oxford Instruments, UK</td><td>&amp;nbsp;Oxford X-MaxN 80&amp;nbsp;</td><td>Energy Dispersive X-ray spectrometer</td></tr><tr><td>SDD</td><td>Oxford Instruments, UK</td><td>AZtec software</td><td>Drift detector&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

the effect of charging and discharging lithium iron phosphate-graphite cells at different temperatures on degradation

Şarj etme ve boşaltma Lityum demir fosfat-grafit hücreler farklı sıcaklıklarda onların yıkımı üzerinde etkisi sistematik olarak değerlendirilir. Hücre bozulması 10 şarj etme ve boşaltma için 30 ° c-20 ° C arasında sıcaklık permütasyon kullanarak değerlendirilir Bu şarj ve deşarj sıcaklık etkisi yaşlanma ve dernekler bir analizini sağlar. Toplam 100 şarj/deşarj döngüsü yürütülmektedir. Her 25 döngüleri geri dönüşümlü ve geri dönüşümsüz kapasitesi bozulması değerlendirmek için bir başvuru döngüsü gerçekleştirildi. Bir çok faktörlü varyans analizi kullanıldı ve deneysel sonuçlar gösterilen takıldı: bozulma hızı ve sıcaklık'dir, deşarj, sıcaklığını doğrusal II) bir ilişki arasında ikinci dereceden i) bir ilişki ve III) bir sıcaklık şarj ve deşarj arasında korelasyon. + 30 ° C'de şarj etme ve boşaltma-5 ° C'de için sıcaklık kasanın bozulması oranının en yüksek yol bulundu. Öte yandan, bir daha düşük kadar düşmesine liderliğindeki bir sıcaklık aralığı-20 ° C 15 ° c (çeşitli kombinasyonları ile sıcaklıklarda şarj ve deşarj), Bisiklete binme. Ayrıca, şarj sıcaklığını 15 ° C olduğunda, bozulma hızı deşarj sıcaklığını nondependent bulundu.

Watch this Scientific Journal Video about The Effect of Charging and Discharging Lithium Iron Phosphate-graphite Cells at Different Temperatures on Degradation at JoVE.com

The Effect of Charging and Discharging Lithium Iron Phosphate-graphite Cells at Different Temperatures on Degradation

Bu makalede Lityum demir fosfat-grafit kılıfı hücreleri, yakın gerçek durum senaryoları simüle adlı amaçlayan bozulma farklı sıcaklıklarda şarj/deşarj etkisini açıklar. Toplam olarak, 10 sıcaklık kombinasyonları 30 ° C ile -20 Aralık içinde sıcaklık düşüşü üzerinde etkilerini çözümlemek amacıyla incelenmiştir.

Şarj etme ve boşaltma Lityum demir fosfat-grafit hücreler farklı sıcaklıklarda bozulması üzerine etkisi

The effect of charging and discharging lithium iron phosphate-graphite cells at different temperatures on their degradation is evaluated systematically. ...

the-effect-charging-discharging-lithium-iron-phosphate-graphite-cells

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

15.4K Görüntüleme.  European Commission, Joint Research Centre (JRC). Bu makalede Lityum demir fosfat-grafit kılıfı hücreleri, yakın gerçek durum senaryoları simüle adlı amaçlayan bozulma farklı sıcaklıklarda şarj/deşarj etkisini açıklar. Toplam olarak, 10 sıcaklık kombinasyonları 30 ° C ile -20 Aralık içinde sıcaklık düşüşü üzerinde etkilerini çözümlemek amacıyla incelenmiştir.

Video: The Effect of Charging and Discharging Lithium Iron Phosphate-graphite Cells at Different Temperatures on Degradation

Solid-state Graft Copolymer Electrolytes for Lithium Battery Applications

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 &deg;C), flammable, and volatile organic electrolytes. These organic based electrolyte systems are viable at ambient temperatures, but require a cooling system to ensure that temperatures do not exceed 80 &deg;C. These cooling systems tend to increase battery costs and can malfunction which can lead to battery malfunction and explosions, thus endangering human life. Increases in petroleum prices lead to a huge demand for safe, electric hybrid vehicles that are more economically viable to operate as oil prices continue to rise. Existing organic based electrolytes used in lithium ion batteries are not applicable to high temperature automotive applications. A safer alternative to organic electrolytes is solid polymer electrolytes. This work will highlight the synthesis for a graft copolymer electrolyte (GCE) poly(oxyethylene) methacrylate (POEM) to a block with a lower glass transition temperature (Tg) poly(oxyethylene) acrylate (POEA). The conduction mechanism has been discussed and it has been demonstrated the relationship between polymer segmental motion and ionic conductivity indeed has a Vogel-Tammann-Fulcher (VTF) dependence. Batteries containing commercially available LP30 organic (LiPF6 in ethylene carbonate (EC):dimethyl carbonate (DMC) at a 1:1 ratio) and GCE were cycled at ambient temperature. It was found that at ambient temperature, the batteries containing GCE showed a greater overpotential when compared to LP30 electrolyte. However at temperatures greater than 60 &deg;C, the GCE cell exhibited much lower overpotential due to fast polymer electrolyte conductivity and nearly the full theoretical specific capacity of 170 mAh/g was accessed.

Lithium ion batteries employ flammable and volatile organic electrolytes that are suitable for ambient temperature applications. A safer alternative to organic electrolytes are solid polymer batteries. Solid polymer batteries operate safely at high temperatures (&gt;120 &deg;C), thus making them applicable to high temperature applications such as deep oil drilling and hybrid electric vehicles. This paper will discuss (a) the polymer synthesis, (b) the polymer conduction mechanism, and (c) provide temperature cycling for both solid polymer and organic electrolytes.

Lityum Pil Uygulamaları için solid-state Greft Kopolimer Elektrolit

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 ...

Mühendislik

Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. During insertion or removal of alkali metal ions, the redox states of transition metals in the compounds change and structural transformations such as phase transitions and/or lattice parameter increases or decreases occur. These behaviors in turn determine important characteristics of the batteries such as the potential profiles, rate capabilities, and cycle lives. The extremely bright and tunable x-rays produced by synchrotron radiation allow rapid acquisition of high-resolution data that provide information about these processes. Transformations in the bulk materials, such as phase transitions, can be directly observed using X-ray diffraction (XRD), while X-ray absorption spectroscopy (XAS) gives information about the local electronic and geometric structures (e.g.&#160;changes in redox states and bond lengths). In situ experiments carried out on operating cells are particularly useful because they allow direct correlation between the electrochemical and structural properties of the materials. These experiments are time-consuming and can be challenging to design due to the reactivity and air-sensitivity of the alkali metal anodes used in the half-cell configurations, and/or the possibility of signal interference from other cell components and hardware. For these reasons, it is appropriate to carry out ex situ experiments (e.g.&#160;on electrodes harvested from partially charged or cycled cells) in some cases. Here, we present detailed protocols for the preparation of both ex situ and in situ samples for experiments involving synchrotron radiation and demonstrate how these experiments are done.

We describe the use of synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray diffraction (XRD) techniques to probe details of intercalation/deintercalation processes in electrode materials for Li-ion and Na-ion batteries. Both in situ and ex situ experiments are used to understand structural behavior relevant to the operation of devices

Sinkrotron Radyasyon Teknikleri Kullanarak Lityum İyon ve Sodyum iyon piller için elektrot Malzemelerin Karakterizasyonu

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. ...

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric vehicles.1,2 However, many challenges, such as energy density and battery lifetimes, need to be overcome before this particular battery technology can be widely implemented in such applications.3 This research is challenging, and we outline a method to address these challenges using in situ NPD to probe the crystal structure of electrodes undergoing electrochemical cycling (charge/discharge) in a battery. NPD data help determine the underlying structural mechanism responsible for a range of electrode properties, and this information can direct the development of better electrodes and batteries.
We briefly review six types of battery designs custom-made for NPD experiments and detail the method to construct the &#8216;roll-over&#8217; cell that we have successfully used on the high-intensity NPD instrument, WOMBAT, at the Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO). The design considerations and materials used for cell construction are discussed in conjunction with aspects of the actual in situ NPD experiment and initial directions are presented on how to analyze such complex in situ data.

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

We describe the design and construction of an electrochemical cell for the examination of electrode materials using in situ neutron powder diffraction (NPD). We briefly comment on alternate in situ NPD cell designs and discuss methods for the analysis of the corresponding in situ NPD data produced using this cell.

Yerinde Nötron Toz Kırınım olarak Ismarlama Lityum-iyon Piller kullanma

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

Non-aqueous Electrode Processing and Construction of Lithium-ion Coin Cells

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational analysis. Testing of lithium-ion batteries in an academic setting has taken on several forms, but at the most basic level lies the coin cell construction. In traditional LIB electrode preparation, a multi-phase slurry composed of active material, binder, and conductive additive is cast out onto a substrate. An electrode disc can then be punched from the dried sheet and used in the construction of a coin cell for electrochemical evaluation. Utilization of the potential of the active material in a battery is critically dependent on the microstructure of the electrode, as an appropriate distribution of the primary components are crucial to ensuring optimal electrical conductivity, porosity, and tortuosity, such that electrochemical and transport interaction is optimized. Processing steps ranging from the combination of dry powder, wet mixing, and drying can all critically affect multi-phase interactions that influence the microstructure formation. Electrochemical probing necessitates the construction of electrodes and coin cells with the utmost care and precision. This paper aims at providing a step-by-step guide of non-aqueous electrode processing and coin cell construction for lithium-ion batteries within an academic setting and with emphasis on deciphering the influence of drying and calendaring.

Non-aqueous electrode processing is central to the construction of coin cells and the evaluation of new electrode chemistries for lithium-ion batteries. A step-by-step guide to the basic practices needed as an electrochemical engineer working with batteries in an academic experimental setting is furnished.

Lityum-ion Coin Hücrelerinin Susuz Elektrot İşleme ve İnşaat

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational ...

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic electrolyte, and an O2-breathing cathode. The aprotic electrolyte is a solution of lithium salt with aprotic solvent; and porous carbon is commonly used as the cathode substrate. To improve the performance, an electrocatalyst is deposited onto the porous carbon substrate by certain deposition methods, such as atomic layer deposition (ALD) and wet-chemistry reaction. The as-prepared cathode materials are characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray absorption near edge structure (XANES). A Swagelok-type cell, sealed in a glass chamber filled with pure O2, is used for the electrochemical test on a battery test system. The cells are tested under either capacity-controlled mode or voltage controlled mode. The reaction products are investigated by electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, and Raman spectroscopy to study the possible pathway of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). This protocol demonstrates a systematic and efficient arrangement of routine tests of the aprotic Li-O2 battery, including the electrochemical test and characterization of battery materials.

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

A protocol for the electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery with the preparation of electrodes and electrolytes and an introduction of the frequently used methods of characterization is presented here.

Protonsuz Li-O Elektrokimyasal Testi Protokol ve Karakterizasyonu<sub&gt; 2</sub&gt; Pil

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

Synthesis of Ionic Liquid Based Electrolytes, Assembly of Li-ion Batteries, and Measurements of Performance at High Temperature

The chemical instability of the traditional electrolyte remains a safety issue in widely used energy storage devices such as Li-ion batteries. Li-ion batteries for use in devices operating at elevated temperatures require thermally stable and non-flammable electrolytes. Ionic liquids (ILs), which are non-flammable, non-volatile, thermally stable molten salts, are an ideal replacement for flammable and low boiling point organic solvent electrolytes currently used today. We herein describe the procedures to: 1) synthesize mono- and di-phosphonium ionic liquids paired with chloride or bis(trifluoromethane)sulfonimide (TFSI) anions; 2) measure the thermal properties and stability of these ionic liquids by differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA); 3) measure the electrochemical properties of the ionic liquids by cyclic voltammetry (CV); 4) prepare electrolytes containing lithium bis(trifluoromethane)sulfonamide; 5) measure the conductivity of the electrolytes as a function of temperature; 6) assemble a coin cell battery with two of the electrolytes along with a Li metal anode and LiCoO2 cathode; and 7) evaluate battery performance at 100 &#176;C. We additionally describe the challenges in execution as well as the insights gained from performing these experiments.

Here, we describe protocols to prepare phosphonium-based ionic liquid and lithium bis(trifluoromethane)sulfonimide salt electrolytes, and assemble a non-flammable and high temperature functioning lithium-ion coin cell battery.

İyonik Sıvı Bazlı Elektrolitlerin Sentezi Li-ion Piller, Meclis ve Yüksek Sıcaklığında Performans Ölçümleri

The chemical instability of the traditional electrolyte remains a safety issue in widely used energy storage devices such as Li-ion batteries. Li-ion ...

Accelerating Rate Calorimetry and Complementary Techniques to Characterize Battery Safety Hazards

The hazards associated with lithium-based battery chemistries are well-documented due to their catastrophic nature. Risk is typically qualitatively assessed through an engineering risk matrix. Within the matrix, potentially hazardous events are categorized and ranked in terms of severity and probability to provide situational awareness to decision makers and stakeholders. The stochastic nature of battery failures, particularly the lithium-ion chemistry, makes the probability axis of a matrix difficult to properly assess. Fortunately, characterization tools exist, such as accelerated rate calorimetry (ARC), that characterize degrees of battery failure severity. ARC has been used extensively to characterize reactive chemicals but can provide a new application to induce battery failures under safe, controlled experimental conditions and quantify critical safety parameters. Due to the robust nature of the extended volume calorimeter, cells may be safely taken to failure due to a variety of abuses: thermal (simple heating of cell), electrochemical (overcharge), electrical (external short circuit), or physical (crush or nail penetration). This article describes the procedures to prepare and instrument a commercial lithium-ion battery cell for failure in an ARC to collect valuable safety data: onset of thermal runaway, endotherm associated with polymer separator melting, pressure release during thermal runaway, gaseous collection for analytical characterization, maximum temperature of complete reaction, and visual observation of decomposition processes using a high temperature borescope (venting and cell can breach). A thermal &#8220;heat-wait-seek&#8221; method is used to induce cell failure, in which the battery is heated incrementally to a set point, then the instrument identifies heat generation from the battery. As heat generates a temperature rise in the battery, the calorimeter temperature follows this temperature rise, maintaining an adiabatic condition. Therefore, the cell does not exchange heat with the external environment, so all heat generation from the battery under failure is captured.

A method to characterize the potential failure hazards of lithium batteries is achieved with accelerating rate calorimetry. Heat and pressure release, visual observation of the failure event, and the capture of evolved gases are collected in this experiment to identify the worst credible threats of batteries taken to failure.

The hazards associated with lithium-based battery chemistries are well-documented due to their catastrophic nature. Risk is typically qualitatively ...

Kimya

Identification and Quantification of Decomposition Mechanisms in Lithium-Ion Batteries; Input to Heat Flow Simulation for Modeling Thermal Runaway

The risks and possible accidents related to the normal use of lithium-ion batteries remain a serious concern. In order to get a better understanding of thermal runaway (TR), the exothermic decomposition reactions in anode and cathode were studied, using a Simultaneous Thermal Analysis (STA)/Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS)/Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrometer system. These techniques allowed the identification of the reaction mechanisms in each electrode, owing to the analysis of evolved gaseous species, the amount of heat released and mass loss. These results provided insight into the thermal events happening within a broader temperature range than covered in previously published models. This allowed the formulation of an improved thermal model to depict TR. The heat of reaction, activation energy, and frequency factor (thermal triplets) for each major exothermic process at material level were investigated in a Lithium Nickel-Manganese-Cobalt-Oxide (NMC (111))-Graphite battery cell. The results were analyzed, and their kinetics were derived. These data can be used to successfully simulate the experimental heat flow.

This work aims at determining the reaction kinetics of Li-ion battery cathode and anode materials undergoing thermal runaway (TR). Simultaneous Thermal Analysis (STA)/Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrometer/Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC-MS) were used to reveal thermal events and to detect evolved gases.

lityum-iyon pillerde ayrışma mekanizmalarının tanımlanması ve miktarının belirlenmesi; Termal Kaçağın Modellenmesi için Isı Akışı Simülasyonuna Giriş

The risks and possible accidents related to the normal use of lithium-ion batteries remain a serious concern. In order to get a better understanding of ...

In Situ Gas Analysis and Fire Characterization of Lithium-Ion Cells During Thermal Runaway Using an Environmental Chamber

An experimental apparatus and a standard operating procedure (SOP) are developed to collect time-resolved data on the gas compositions and fire characteristics during and post-thermal runaway of lithium-ion battery (LIB) cells. A 18650 cylindrical cell is conditioned to a desired state-of-charge (SOC; 30%, 50%, 75%, and 100%) before each experiment. The conditioned cell is forced into a thermal runaway by an electrical heating tape at a constant heating rate (10 &#176;C/min) in an environmental chamber (volume: ~600 L). The chamber is connected to a Fourier transform infrared (FTIR) gas analyzer for real-time concentration measurements. Two camcorders are used to record major events, such as cell venting, thermal runaway, and the subsequent burning process. The conditions of the cell, such as surface temperature, mass loss, and voltage, are also recorded. With the data obtained, cell pseudo-properties, venting gas compositions, and venting mass rate can be deduced as functions of cell temperature and cell SOC. While the test procedure is developed for a single cylindrical cell, it can be readily extended to test different cell formats and study fire propagation between multiple cells. The collected experimental data can also be used for the development of numerical models for LIB fires.

In Situ Gas Analysis and Fire Characterization of Lithium-Ion Cells During Thermal Runaway Using an Environmental Chamber

Here, we describe a test procedure developed to characterize thermal runaway and fires in lithium-ion cells through in situ measurements of various parameters in an environmental chamber.

In Situ Bir çevre odası kullanarak termal kaçak sırasında lityum-iyon hücrelerin gaz analizi ve yangın karakterizasyonu

An experimental apparatus and a standard operating procedure (SOP) are developed to collect time-resolved data on the gas compositions and fire ...

Tozlu ortamlarda pil ısı yönetimini optimize etme

Optimization of An Air-Based Heat Management System for Dusty Particulate Matter-Covered Lithium-Ion Battery Packs

This study aims to solve the problem of the cell temperature rise and performance decline caused by dusty particulate matter covering the surface of the cell through the allocation of airflow velocities at the inlets of the battery cooling box under the goal of low energy consumption. We take the maximum temperature of the battery pack at a specified airflow velocity and dust-free environment as the expected temperature in a dusty environment. The maximum temperature of the battery pack in a dusty environment is solved at different inlet airflow velocities, which are the boundary conditions of the analysis model constructed in the simulation software. The arrays representing the different airflow velocity combinations of inlets are generated randomly through the optimal Latin hypercube algorithm (OLHA), where the lower and upper limits of velocities corresponding to the temperatures above the desired temperature are set in the optimization software. We establish an approximate QRSM between the velocity combination and the maximum temperature using the fitting module of the optimization software. The QRSM is optimized based on the ASAM, and the optimal result is in good agreement with the analysis result obtained by the simulation software. After optimization, the flow rate of the middle inlet is changed from 5.5 m/s to 5 m/s, and the total airflow velocity is decreased by 3%. The protocol here presents an optimization method simultaneously considering energy consumption and thermal performance of the battery management system that has been established, and it can be widely used to improve the life cycle of the battery pack with minimum operating cost.

Yazar Spotlight: Gelişmiş Termal Performans ve Azaltılmış Enerji Tüketimi için Akü Soğutma Sistemlerinde Hava Akış Hızlarının Optimizasyonu 

Here, we present the adaptive simulated annealing method (ASAM) to optimize an approximate quadratic response surface model (QRSM) corresponding to a dusty particulate matter-covered battery heat management system and fulfill the temperature drops back by adjusting the airflow velocities combination of system inlets.

Tozlu Partikül Madde Kaplı Lityum-İyon Pil Paketleri için Hava Bazlı Isı Yönetim Sisteminin Optimizasyonu

This study aims to solve the problem of the cell temperature rise and performance decline caused by dusty particulate matter covering the surface of the ...