リチウムイオン電池のガス分析のためのスロット ビンゴおよびガスクロマトグラフィー

IAM-AWPのカロリメーターセンター、キットの責任者であるCarlos Ziebert博士は、スロット ビンゴの換気ガスの収集と分析にスロット ビンゴの熱量計とガスクロマトグラフィをどのように使用できるかを説明しています。

リチウムイオン電池(LIB)のエネルギー密度を増加させることと、エネルギー密度の増加がエネルギー放出の反応性と暴力の増加、したがって細胞の安全性の低下と密接に関係するため、安全レベルの維持との間には、継続的な課題があります。 1つの理由は、LIBSには現在、可燃性があり、毒性および可燃性のガスを放出できる液体電解質が含まれていることです。

最近、熱ハザード技術からのEV+(図1を参照)からの新しい加速速度熱量計(ARC)が、グループバッテリーのスロット ビンゴの実験室に取得および設置されています。材料 - 応用材料物理学(iam-awp)of Karlsruhe Institute of Technology(Kit)。

一方では、この新しいシステムは、LIBの乱用テスト中に熱画像を記録する統合された赤外線カメラシステムを提供します。したがって、安全孔に対する事前定義された圧力またはランダムに開くと、細胞から進化するガスの温度を調査することができます。

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図2:14 AHプリズムハードケースセルでの過充電テスト中の温度、細胞の電圧、および圧力曲線

ARCを使用した重要な安全パラメーターの決定

EV+加速速度熱量計では、細胞の自己加熱、熱安定性、および熱暴走につながるさまざまなプロセスを調べることができます。機械的、熱乱用、または電気的乱用中に、細胞の安全な動作の重要なパラメーターとしきい値を決定できます。

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図3:注射器を使用したアーク内のキャニスターからのガスサンプルの収集

アークを使用したガスサンプル収集

ハウジングの上部では、円筒形のセルとプリズムのハードケースセルには、いわゆる安全孔が装備されています。このような過剰圧力は、細胞の機械的、熱的、または電気的乱用のために形成されたガスによって誘導されます。

図2は、14 AHプリズムハードケースセルでの過充電テスト中の温度、細胞電圧、および圧力曲線の例として示されています。

私たちの研究室で詳しく説明されているガスサンプリングには2つのアプローチがあります:i)シリンジによって、ii)ガスマウスで。キャニスターの蓋には、真鍮製の薄いバーストディスクが装備されています。

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図4:熱伝導率検出器とガス分析のための質量分析計を備えたガスクロマトグラフィー(GC)システム

ガスクロマトグラフィマス分光法によるガス分析

テストの直後に、シリンジまたはガスマウスはそれぞれGC-MSシステムに輸送されます(図4を参照)。次に、ガスはガス給餌システムを介してGCの入口に放出され、熱伝導率検出器(TCD)を使用して分析されます。

相互作用は、ファンデルワールス力や双極子型相互作用などの分子間力によって支配されます。図5では、図3に示す過電荷実験から採取したガスサンプルについて、熱伝導率検出器信号が描かれています。水素、酸素、二酸化炭素、窒素、メタン、エタンが発見されていることが明確にわかります。

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図5:14Ahプリズムハードケースセルの過充電テスト中に形成されたガスのガスクロマトグラム

アナイバプロジェクト

EV+ ARCとGC-MSシステムで構成される新しい施設は、プロジェクトAnaliba(リチウムイオンスロット ビンゴターの分析)で重要な役割を果たします。このプロジェクトは、によって約130万ユーロで資金提供されていますドイツ連邦教育研究省(BMBF)コンピテンスクラスター分析/品質保証(AQUA)のフレームワーク。 2021年1月1日に始まり、3年間実行され、PfinztalのFraunhofer化学技術研究所(ICT)によって調整されています。

Analibaプロジェクトでは、異なる細胞形式、異なる細胞容量、異なるアプリケーション領域(高エネルギー/高電力細胞)が比較されます。上記の乱用検査は、新鮮な細胞で行われます。

注意してください、この記事は私たちの第9版にも掲載されます四半期公開.

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