電池

電池とはエネルギー蓄積素子で、高いレベルにおいては一次および二次電池タイプにセグメントわけされます。一次電池 は単発放電を提供します。二次電池 には充電機能が備わっています。

リチウムイオン電池は、最大5Vの高い動作電圧によって、この分野での最先端の技術です。その他の技術であるLi-Airは、より高いレベルの理論的なキャパシティオペレーションを提供します。CYCLIC VOLTAMMETRYは、材料の開発と電位窓(チャージカットオフ電圧と放電カットオフ電圧)の識別に使用されます。CYCLIC VOLTAMMETRYは、新しい電解質の特定における主要な技術でもあります。Princeton Applied ResearchのPARSTAT 3000Aは、フォームファクタがグローブボックスに設置できるよう特別に設計されているため、このフェーズの研究に最適です。Solartron EnergyLabとPARのポテンシオスタットの両方のBNC接続(オプションのセル・ケーブルによる)は、グローブボックスのフィードスルーに共通のインタフェースを提供しています。

VersaSCANプラットフォームで利用できるローカライズされた技術は、Liインターカレーションメカニズムと固体電解質インターフェイス(SEI)形成を特徴付ける研究の最前線にあります。

二次電池の目標として長寿命、高効率、高エネルギー密度を提供することであるため、 新しい材料は完全なセルに結合され、評価は電荷放電実験に基づきます。この技術のバリエーションは、カットオフ位相を充電するようバッテリーが固定され、しっかりと充電された状態を確保できるようトリクル充電される、定電流―定常電圧(CC-CV)です。

これらの実験の目的はキャパシティに対してサイクル数を決め、サイクル数とアペンアワー効率を評価し、充電放電(Qin / Qout)を定量化することです。キャパシティはAhのエンジニアリングユニットにおける充電の測定値をで表されます。これはつまり既存のデバイスが既定の電圧を提供するのにかかる時間を特定することで明確化します。

例えばコイン形(CR2032)サイズのバッテリーは一般的に200 mAhです。このデバイスは200 mA で放電され、1時間程度持続することが予測されます。こういった時間は、バッテリーのキャパシティを正規化し、(Cに関して 1 C = 1h^-1)レートで報告されます。これは、教育的な研究機関でも簡単に組み立てられるため、このステージでの評価では最も一般的なサイズです。次のステップアップは 一般的に2250 mAh (2.2 Ah)の18650サイズバッテリーです。このデバイスは2.2A で放電されれ、1時間程度持続することが予測されます。PARSTATおよびVersaSTATSのライン用バッテリーホルダーはこれら両方のバッテリーフォーマットをポテンションスタットへ直接接続することができます。直結により脱線、加算静電容量およびインピーダンス測定器へのインダクタンスを避けることができます。セル・ケーブルを交換すると、よりクリーンな信号とよりクリーンなラボが作成されます。革新的なFRA技術とオーバーサンプリングを含むEnergyLab EIS法は、サブミリオーム(マイクロオーム)のインピーダンスのデバイスの特性評価を可能にします。

これらの実験の単一サイクルでも数時間かかります。この目的は1000以下のサイクル範囲でキャパシティフェードを決定することです。これにより複数チャンネルのプラットフォームと初期的な予測スクリーニングの値が過剰になることはありません。

リチウムテクノロジーの重要な特徴とされているフラット電圧プロファイルは、充電状態を決定するための先進的な技術に対する必要性を加速します。ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE SPECTROSCOPY (EIS)は本来の位置にこれらの決定を行うための新たな方法です。EISは、予測される寿命を鑑みて、どのようにバッテリーが機能するかをSTATE OF HEALTHとして参照して決定するために使用されます。当社の発行したガイドおよび技術説明書をこちらでご参照ください:リンク。Princeton Applied ResearchおよびSolartron Analyticalが販売する全製品ラインでは標準もしくはオプションとして、これらの測定機能を提供します。EISは、バッテリのEquivalent Series Resistance (ESR)を特定するための等価回路解析またはシンプルなビジュアルリファレンスによるメカニズムも提供しています。こちらはシステムのロスを表している、重要な性能指数です。

補助電圧測定の使用により電池のAnodeとCathodeの両方がモニタリングできます。標準的なポテンションスタットデザインは、機能している作用電極における信号と反応に集中します。対電極の反応は特徴がありません。これはほかのアプリケーションが不活発な対電極を使用するのに反してバッテリー技術ではこれは活発な電極になります。ここの端末を特徴付けることができることにより、ユーザーはエラーを起こしたメカニズムを特定し、適切に研究イニシアチブに集中することができます。これは、PARSTAT 3000AおよびEnergyLab製品ではシングルセル評価用、PARSTAT MC(PMC-2000A)および1470E CellTestでは複数の同時テストでスループットが向上しています。

バッテリスタック。

例えば5ボルトまたは2アンペア以上の電流を必要とする極端なアプリケーションでは、バッテリをスタックで構成することができます。スタック は複数の単一デバイスがより高いレベルの電圧アプリケーションに直列または並列に繋がれている場合に使用されるものです。スタックは高電圧(最大100V)または高電流(最大100A)で動作するように設計されているため、外部ブースタが必要です。外部ブースターは、特定のテストプロファイルに合致する広範囲の測定容量、帯域幅および精度を提供します。

補助電位計の値は、スタック内の電池がエラーを起こし始めたタイミング・破損し始めるかを識別する必要性により、一層明白になりますPMC-2000およびPARSTAT3000Aは、スタック内の単一のバッテリの特性(インピーダンスを含む)を測定するために、バッテリのスタックと追加のエレクトロメータをテストするための電圧範囲を提供します。1470EとEnergyLabは複数のエレクトロメータを提供し、スタック内のより多くのセルを研究します。