Name: the effect of charging and discharging lithium iron phosphate-graphite cells at different temperatures on degradation
Uploaded: 2018-07-18T14:00:00
Duration: 10 min 41 s
Description: 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

המחברים תודה מארק Steen וברט לויס שלהם תמיכה מצוינת סקירת כתב היד הזה.

הערה: פרוטוקול עקב בעבודה זו הוא הסביר בפירוט רואיז. et al. 39. סיכום של הצעדים החשובים המתוארת להלן.
1. נרתיק תא הכנה ויצירת
<ol><li>לפברק תאי נרתיק בתבנית B5, נתקל המימד של 250 מ מ x 164 מ בעובי כ 4 מ מ, עם גרפיט מלאכותי כמו חומר אנודת ליתיום ברזל פוספט (LFP) כחומר קטודית, מפריד פוליפרופילן בעובי 25-מיקרומטר.</li>
	<li>השתמש 80 גר' אלקטרוליט: 1 מ' LiPF6 אתילן קרבונט: diethyl קרבונט (2:3 w/w) המכיל 1% vinylene קרבונט. הערה: הזיוף תא נרתיק בוצעה ב קו פיילוט חצי אוטומטי תעשייתי המורכב מהשלבים הבאים: אני) הכנה slurry המכילה את החומר הפעיל הבאים: גרפיט אנודת ו LFP על הקתודה, קלסר, ו מוליך תוספים במיקסר מעבדה-סולם, ii) ציפוי slurry על האספנים הנוכחי (רדיד אלומיניום ונחושת רדיד, עבור קטודית, אנודת אלקטרודות, בהתאמה), השלישי) calendering ביצועים ממוטבים אלקטרודה במונחים של, למשל, אלקטרודה צפיפות, נקבוביות, עובי, מוליכות אלקטרונית ו עכבה, ואחריו iv) ההרכבה, אלקטרוליט מילוי ואיטום.</li>
	<li>לבצע את היווצרות של התא. ליצור פרוטוקול אופניים עם התוכנה הצנטרפוגה הסוללה באמצעות השלבים הבאים.<ol>
<li>השתמש בפונקציה לבנות מבחן של התוכנה הצנטרפוגה הסוללה. לחץ על סמל הקובץ החדש (ראה החץ הכחול ב- 1a הקבצים המשלימים).</li>
		<li>כל שורה בקוד ה-פרוטוקול מתייחס פרמטר רכיבה על אופניים (למשל, מתח ניתוק וזמן מנוחה) (קובץ משלים 1b). למלא כל שלב ככל הנדרש לביצוע שני שלבים קבועים קבועה זרם מתח (CC-CV) מסתערת 0.1 C עד 3.6 V, עם ניתוק 10-mA הנוכחי ו- CC תשחרר ב 0.1 C עד 2.5 V. לאחר השלב היווצרות, גובה תאי סוללה במצב 30% תשלום (SOC). לחץ על לחצן שמור ומספקים שם קובץ.</li>
		<li>בחר את התא כדי להיות אופניו על ידי לחיצה על הערוץ המקביל שלו (ראו חץ כחול מס ' 1 2 הקבצים המשלימים). הערוץ הזה מסומן בעמודה "המדינה" כמו "נבחר". לאחר מכן לחצו על כפתור הפעלה (ראו חץ כחול מס ' 2 2 הקבצים המשלימים) בחלק העליון סרגל הכלים.</li>
		<li>בחר את הפרוטוקול (ראו חץ כחול מס ' 1 3 הקבצים המשלימים), להגדיר הקיבולת (Ah) של התא (ראו חץ כחול מס ' 2 ב- 3 הקבצים המשלימים) והקצה תא (ראו חץ כחול מס ' 3 3 הקבצים המשלימים). להגדיר שם קובץ חוקי ולחץ על לחצן התחל .</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. התא מקבע לפני בדיקות אלקטרוכימי
<ol><li>מניחים כל תא מחזיקי המתאימים המורכב שתי צלחות קשיח (עם רוחב, אורך 300 מ מ x 300 מ מ, בהתאמה, ואת עובי של 12 מ"מ) מפוליקרבונט.</li>
	<li>המקום צמד תרמי במרכז של אחד מן הצדדים של כל תא בתוך הזכות לנטר את הווריאציות טמפרטורת פני השטח.</li>
	<li>למקם את התאים ואת גופי בתוך תא טמפרטורה לשלוט בטמפרטורה הסביבה לאורך כל הניסוי. מקום שני תאים בעקבות פרוטוקול זהה בבית הבליעה באותה טמפרטורה.</li>
	<li>לחבר את התאים באמצעות חיבור 4 תילים הצנטרפוגה.</li>
</ol>3. רכיבה על אופניים אלקטרוכימי
<ol><li>
מיזוג תאים
	<ol>
<li>לקבוע את הטמפרטורה 25 ° C בבית הבליעה סביבתיים. אפשר לפחות 12 שעות להבטיח equilibration של תרמית.</li>
		<li>לבצע שלושה מחזורי טעינה/פריקה באמצעות הצנטרפוגה של הסוללה.<ol>
<li>ליצור פרוטוקול עבור הצנטרפוגה הסוללה, בצע את הפעולות 1.3.1 ו 1.3.2. במקרה זה, להתאים את השלבים פרוטוקול CC-קורות חיים מסתערת 0.1 C (מתוך הקיבולת מדורג) עד 3.7 V (שלב קורות חיים עד 0.01 C או 1 h), ואז פריקה CC ב C 0.1 עד 2.7 נ' שימוש של 30 דקות לנוח זמן אחרי כל שלב רכיבה על אופניים.</li>
			<li>בצע את שלבים 1.3.3 ו 1.3.4 לבחירת הערוץ והפרוטוקול.</li>
			<li>כאשר שני תאים ממוקמים בבית הבליעה באותה טמפרטורה (שני תאים בעקבות באותו הפרוטוקול), לבחור בין שני הערוצים המתאים באותו זמן. זה מבטיח את הסינכרון של רכיבה על אופניים, הקאמרית טמפרטורה התנאי שני התאים.</li>
		</ol>
</li>
		<li>לבצע מחזור הפניה (שלב 3.2) ולהשתמש בו לשם הערכת הקיבולת הראשונית (Cאני) (טבלה 1).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
הפניה רכיבה על אופניים
	<ol>
<li>לבצע את ההפניה רכיבה על אופניים כחלק את מיזוג התא (שלב 3.1.3) ובמרחק במרווחים תקופתיים (קרי, לטווח ארוך הבאים 25 הזדקנות מחזורים, ראה להלן).</li>
		<li>הגדר את הטמפרטורה של החדר 25 ° c, כאשר הבדיקות נעשות בטמפרטורה שונה, לאפשר מספיק זמן בשביל ייצוב תרמי (< 1 ח'-1).</li>
		<li>לבצע שני מחזורי טעינה/פריקה CC באמצעות הצנטרפוגה של הסוללה.<ol>
<li>ליצור פרוטוקול עבור הסוללה הצנטרפוגה עם התוכנה, בצע את הפעולות 1.3.1. 1.3.2. במקרה זה, להתאים את השלבים פרוטוקול CC טעינה-מתרוקנת ב 0.3 C (למשל, חברת החשמל 62660-1:2011)13. לאחר כל שלב רכיבה על אופניים, מאפשרים תוספת זמן ייצוב הטמפרטורה (< 1 ח'-1).</li>
			<li>בצע את שלבים 1.3.3 ו 1.3.4 לבחירת הערוץ והפרוטוקול.</li>
			<li>כאשר שני תאים ממוקמים בבית הבליעה באותה טמפרטורה (שני תאים בעקבות באותו הפרוטוקול), לבחור בין שני הערוצים המתאים באותו זמן. זה מבטיח סינכרון של רכיבה על אופניים, הקאמרית טמפרטורה התנאי שני התאים.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
לטווח ארוך (הזדקנות)
	<ol>
<li>לבצע 100 מחזורי טעינה/פריקה. ליצור פרוטוקול עבור הסוללה הצנטרפוגה עם התוכנה, בצע את הפעולות 1.3.1 ו 1.3.2. במקרה זה, להתאים את השלבים פרוטוקול CC-CV טעינה של C 1 עד 3.7 V (שלב קורות חיים עד 0.1 C או 1 h) ומשחררת CC של 1c הנוכחי עד 2.7 V עם טמפרטורת חום קבועה במהלך הטעינה (Tc) ובמהלך פריקה (Td).</li>
		<li>בצע את שלבים 1.3.3 ו 1.3.4 לבחירת הערוץ והפרוטוקול.</li>
		<li>לבצע את תהליך ההזדקנות לטווח ארוך-הטמפרטורה במספר שילובים (10) עבור מחזורי טעינה/פריקה 100 מ שלב 3.3.1, הטמפרטורה נע בין-20 ° C עד 30 ° C (ראה המטריקס מבחן ב טבלה 1) פיתחו דרך DOE D-אופטימיזציה36 (שגיאת המינימלי של חיזוי). להגדיר זמן מנוחה בפרוטוקול הבדיקה של 30 דקות לאחר כל טעינה או מתרוקנת שלב כאשר Tc ו- Td (המבחנים זהים מס 1, 2, 3, 4, 9, 10, 13, 14, ו 19 ו 20, טבלה 1). עם זאת, כאשר Tc ו- Td שונים (בדיקות מס 11, 12, 5, 6, 7, 8, 15, 16 ו- 17 ו- 18, טבלה 1), להגדיר זמן לנוח עד הטמפרטורה תהיה יציבה בתוך ח' 1-1.</li>
		<li>לבצע מחזור התייחסות לאחר כל קבוצה של 25 מחזורי (ראה שלב 3.2).</li>
		<li>חזור על כל בדיקה פעם על תא טריים שונים כדי להעריך את הדיר.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
קצב השפלה
	<ol>
<li>להעריך את התא באמצעות השפלה [קיבולת השמירה (CR)]: i) מחזור הפניה האחרון והראשון הפניה מחזור, CRref (ראה שלב 3.2) ושימור ii) לטווח ארוך קיבולת השוואת המחזור הראשון, CR לטווח ארוך (ראה שלב 3.3), את המשוואות הבאות (1 ו- 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>השתמש הצנטרפוגה הסוללה תוכנת לקוח לגשת לנתונים רכיבה על אופניים. ראשית, בחר את התבנית עבור פריט חזותי (קובץ פתוח 4 הקבצים המשלימים) ובחר את שם הקובץ המוגדר בשלב 3.1.2 או 3.2.3 במקומות המתאימים. הערה: 5 הקבצים המשלימים מראה דוגמה של נתוני רכיבה על אופניים, עם השמירה קיבולת פונקציה של מספר מחזור (5 הקבצים המשלימים, הגרף העליון) ואת הווריאציות של פוטנציאל, ומעודכנים וטמפרטורה כפונקציה של זמן (5 הקבצים המשלימים, הגרף התחתון). משוואות (1) ו- (2) יכול להיקבע ישירות מן החלקות באמצעות את היכולות של התוכנות.</li>
		</ol>
</li>
		<li>להתאים את תעריפי השפלה (ד ר) על-ידי שימוש CRref הכוללת מספר מחזורי (כלומר, ההפנייה ומחזורי לטווח ארוך), בהנחה כי ד ר תלויה האשמה Tc ו הפרשות בטמפרטורה Td עד המונח ריבועית ואת האינטראקציה בין אלה הטמפרטורות כדלקמן במשוואה (3): (3)<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq3.jpg"> הערה: Ai הפרמטרים שלהם מובהקות סטטיסטית נקבעים על-ידי התאמה הריבועים הפחותים אנובה, בהנחה כי הוודאות מדידה (לטעות) עם שונות σ עוקב אחר בהתפלגות רגילה. צריך להיות מאושרות האחרון מההפצה של השארית של התאים.<ol>
<li>למטרה זו, להשתמש תוכנה עם הפונקציה 'מודל מתאים'. בחר באפשרות Stepwise (כחול חץ מס ' 1 6 קובץ משלים), לבחור את הפונקציה Max K קיפול RSquare (כחול חץ מס ' 2 ב- 6 הקבצים המשלימים) ולחץ על ללכת. פעולה זו מפצלת את ערכת הנתונים לקבוצת משנה אימון המקבילה, ההתאמה נעשית על משנה בנפרד. בחר את הערך RSquare הכללית הטובה ביותר כדי להימנע overfitting.</li>
			<li>לחץ על מודל הפוך. 7 הקבצים המשלימים מציגה את התוצאות של ההתאמה. הוא גם מחשב (PValue) את המשמעות של כל פרמטר (לי). בטבלה 'אפקט סיכום', מחק את הפרמטרים הפחות משמעותי. במקרה זה, הוצג4 (התלות ריבועית של הטמפרטורה פריקה) לא משמעותי. לכן, זה הוסר מן ניתוח נוסף. 8 הקבצים המשלימים מציג את ההתאמה הסופי עם הנתונים בפועל.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. פוסט-מורטם ניתוח
<ol><li>לפרק את התאים. לבצע שלב זה בתוך תיבת כפפה (< 5 ppm עבור O2 ו- H2O) כדי למנוע זיהום באוויר. חותכים את התאים נרתיק באמצעות מספריים קרמיקה. לחתוך חלקים קטנים של אנודת ו קטודית האלקטרודות (5 מ מ x 5 מ מ) והר אותם על הספחים מדגם לסרוק בעזרת מיקרוסקופ אלקטרון (SEM).</li>
	<li>למנוע זיהום על-ידי הצבת בעל מדגם SEM במיכל אטום והעברתה ישירות אל התא SEM לדוגמה באמצעות, למשל, השימוש של שקית הכפפות המחובר לכניסה של התא אשר מלא גז אינרטי.<ol>
<li>על מנת לצמצם את החשיפה לאוויר, לשמור על הלחץ של גז אינרטי בתיק הכפפות.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לבחון לעומק המורפולוגיה של האלקטרודות לפני ואחרי רכיבה על אופניים, לבצע הדמיה SEM באמצעות שני גלאים עבור האלקטרונים משנית: של גלאי בעדשה, גלאי רגיל משני אלקטרונים. שימוש האצת מתח עבור הגלאי בעדשה והגלאי משני אלקטרונים 1 kV ו-15 kV, בהתאמה.</li>
	<li>עבור כל דגימה, לאפיין לפחות חמישה מקומות שונים של פני השטח של הדגימה יש נציג SEM micrographs וכדי לזהות פוטנציאל inhomogeneities של פני השטח. עבור כל מיקום, לבצע הדמיה SEM-הגדלה הבאים: 1 kX 3 kX, 5 kX, 10 kX, 20 kX, 50 kX, 75 kX, 100 kX, 150 kX, 200 kX.</li>
	<li>לנתח את ההרכב הכימי של כל אלקטרודה באמצעות ספקטרומטר של אנרגיה ואנליזת רנטגן (EDX), עם גלאי הסחף סיליקון 80-מ מ2 (SDD).<ol>
<li>השתמש של מתח מאיץ של 15 kV ומרחק עבודה של 13 מ מ לבצע את ניתוח היסודות באמצעות תמונות משני אלקטרונים.</li>
		<li>בחר כל למקומות שונים לפחות חמישה חומרים על פני הדגימה ולנתח מינימום של 5 נקודות ליצירת ספקטרה.</li>
		<li>השתמש רמות הגדלה שונות, החל 2 kX 25 kX, כדי לבצע ניתוח כמותי למחצה וגם כדי להתמקד טוב יותר כל חלקיקי ספציפי או שינויים מבניים. כתוצאה מכך, עבור כל דגימה, לאסוף מינימום של 25 ספקטרה EDX לחקור את הרכב היסודות.</li>
		<li>לפני תחילת הניתוח הכימי על מיקום נתון של הדגימה, השתמש נחושת הכיול ספקטרלי. לבסוף, ממוצע של ערכים נמדד במקומות שונים של כל דגימה, ביחס המיפוי EDX, השתמש 2 h של רכישת זמן.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

המחברים דסטרו מטיאו, דניאלה פונטנה עובדים של Lithops S.r.l שמייצר את תאי סוללה בשימוש במאמר זה. המחברים האחרים אין לחשוף.

אופן הפעולה של עבור רכיבה על אופניים-(-20 ° C,-20 ° C) (איור 1) יכול להיות מיוחס (i) הגבלות קינטי במהלך טעינה (דיפוזיה יון מופחתת, התנגדות העברת תשלום מקופחים על הממשק של אלקטרודה/אלקטרוליט41, מופחתת יון מוליכות, תשלום איזון וכו ') ו/או (ii) סוללת ליתיום יופיצ בעת טעינה בטמפרטורות נמוכות במהירות יכול לפזר בעת רכיבה על אופניים-טמפרטורות גבוהות42. כאשר הטמפרטורה בחזרה עד 25 ° C, פעפוע יון הוא גדל, ויש equilibration המדינה לא מאוזנים. זה להוביל החלמה קיבולת. התנהגות דומה לא נמצאה בספרות. עבור סוג התאים תחת חקירה, שילוב זה הטמפרטורה אינה מומלצת רכיבה על אופניים רציפה עקב דעיכה מהירה קיבולת, למרות שיש כמה שחזור חלקי של קיבולת לאחר זמן התאוששות מסוימת בטמפרטורת החדר.
מצד שני, תאים רכב על אופניים ב (12 ° C, 30 מעלות צלזיוס) הושפעו לא רצויות על ההפרעה כדי לעבור באופן מחזורי את ההערכה הפניה (ללא ספק זה מאריך את זמן הבדיקה הכללית) (איור 1). הדוגמיות הללו סבלה השפלה מאז ההתחלה של רכיבה על אופניים, הם יכולים להיות רגישים יותר השפלה נוספים בעת השוואתם עם הדגימות רכב על אופניים ב < 12 ° C.
הזדקנות לטווח ארוך עם Tc = Td הראה קרוב למערכת היחסים השנייה של פולינום סדר בין השמירה בתפקיד הטמפרטורה הבדיקה (עבור טווח-5 ° C עד 30 מעלות צלזיוס, איור 1b). עומר. et al. 12 הראו התנהגות דומה (בטווח טמפרטורה מ-18 ° C עד 40 מעלות צלסיוס). הערך (-20 ° C,-20 ° C) לא נלקחה בחשבון כפי אופן הפעולה שלו שונה באופן דרסטי המגמה הכללית. מן המידות קיבולת של CRref, נראה כי רכיבה על אופניים בטווח-20 ° C עד 15 ° C גורמת השפלה קטנה (איור 1b). הפגינו התנהגות שונה על ידי CRref , CRלטווח ארוך יכולה להיות מוסברת כפי שהם מחושבים על ניסויי טמפרטורות שונות, שונים C-המחירים. לפיכך, הם רגישים לתהליכים שונים: הזדקנות בלתי הפיך (ההשלכות של ההשפלה הם תמידי)12,43 והזדקנות הפיך [התוצאה של הזדקנות יכול להיות משוחזרים (למשל, מורחב מנוחה פעמים)]. זה יכול להיות נחשב כי, מצד אחד, CRref הוא רגיש השפלה בלתי הפיך ו, לעומת זאת, CRלטווח ארוך רגיש השפלה הפיכים ובלתי הפיכה.
פרופילים הפרשות במהלך הבדיקה לטווח ארוך נשארים דומים (איור 2); ההבדל העיקרי הוא > 3 Ah (ירידה ביכולת פריקה)8. עבור הפניה אופניים (איור 2b), שלושה מישורים יכול להיות שנצפו בטווח V 3.15-3.30, התואם ההבדל מתח בין הקתודה (3.43 V תואם חמצון-חיזור כמה Fe3 +/Fe2 +)44 ובמחזור העיבור45,אנודת46. בעת רכיבה על אופניים, יש תזוזה להורדת ערכי הקיבולת, בשל צריכת cyclable ליתיום, או הפירוק גשמי עקב הזדקנות47.
בעת רכיבה על אופניים-נתון Tc, התברר כי יציבות לטווח ארוך הוא גבוה-נמוך Td. . זה עקבי עם המגמה הכללית טמפרטורות גבוהות יותר להוביל הפירוק גבוה יותר. זה נצפתה עבור שלושת זוגות שילובים מוערכים, מוצגות דמויות 3a - 3 ג. לפיכך, רכיבה על אופניים- Td = 30 ° C הפניות כדי הפירוק גבוה יותר מאשר Td =-5 ° C, Tc זהות. באופן דומה, Td = 12 ° C הוא תובעני יותר מאשר Td =-10 ° C כאשר Tc אותו (12 ° C).
בנסיבות מסוימות, המגמה השפלה שנמצאו עבור ההפניה רכיבה על אופניים היא הפוכה מזו המוצגת עבור לטווח ארוך רכיבה על אופניים. . זה התיק עבור (30 ° C,-5 ° C) לעומת (30 מעלות צלזיוס, 30 מעלות צלזיוס) ו- (12 ° C,-10 ° C) לעומת (12 ° C, 12 ° C) רכיבה על אופניים. הערכת מחזור הפניה מציג רק השפלה בלתי הפיך, ואילו הזדקנות לטווח ארוך היא מושפעת תופעות בלתי הפיך והן הפיך. חוץ מזה, מוביל אופניים 1 C טיפות ohmic גבוהה יותר (יותר בטמפרטורות נמוכות). אם אופן הפעולה של תאים לא נוסו (30 ° C,-5 ° C) הוא לעומת תאים לא נוסו (-5 ° C, 30 מעלות צלזיוס), ניתן להסיק שמקדם כי בשני המקרים יש הפירוק דומות [CRלטווח ארוך סביב 90% (טבלה 1)]. עם זאת, CRref מדגים הפירוק התחתון-(-5 ° C, 30 מעלות צלזיוס). בתנאים אלה (קרי, נתון Td), גבוהה יותר Tc פירושו השפלה יותר, כפי שמתואר על ידי דמויות 4a , 4b. Tc = 30 ° C רכיבה על אופניים מבזה את התאים יותר בהשוואה ל Tc =-5 ° C (כאשר Td הוא זהה). . זה עקבי עם הפרשנות של הנתונים עבור תנאים אופניים אחרים שנדונו בעבר.
כסיכום, ניתן להסיק שמקדם את האופניים-(-5 ° C,-5 º C), (0 ° C,-20 ° C), (5 ° C, 5 ° C), (12 ° C,-10 ° C) ו- (15 ° C-20 ° C) מעל 100 מחזורים הוביל כמעט ללא השפלה. הדגימות שנבדקו- Td =-20 ° C הוכיח להיות יציבה (שחזור בתפקיד ב +25 ° C, איור 4c), עושה הדוגמיות הללו מתאים ליישומי טמפרטורת החדר משנה. השיקום קיבולת מרשים פחות בעת הגדלת Tc. התנהגות המוצגת על-ידי ערכת דוגמיות מציין כי יש מרכיב גדול של השפלה הפיך בטמפרטורות נמוכות (רכיב קינטי).
התנאי הראשוני של פני השטח של החומר אנודת (גרפיט) הוא בדרך כלל חלקה (דמויות 6a וד' 6). לאחר רכיבה על אופניים, פני השטח roughens, ציין גם על ידי אחרים48. השינוי שחל מורפולוגיה ברור יותר בשטח נתקל (דמויות6b ו- 6e) לעומת החלק המרכזי של האלקטרודה (דמויות 6 ג ו- 6f). כאשר ההגדלה הוא גדל, חלקיקים המיספרי גלויים בשטח נתקל (איור 6e). יש בהם קוטר ממוצע של 35 עד 175 nm ו גם נצפו על ידי אחרים49,50,51. במחקרים אלה, הם מינו את ציפוי של גרגרים מתכתי Li חלקיקים49,50 שבו השכבה סל גדל50. הסבר אפשרי platting הזה ניתן להקצות: (i) במידה מסוימת של חיוב יתר כפי שתואר על ידי Lu. et al. 49 (10% overlithiation) או (ii) דחיסה inhomogeneous על האלקטרודות כפי שנבדקו על ידי באך. et al. 52.
משני אלקטרונים SEM מתארת חלקיקים מוארים מופץ ב אנודת cycled (איור 6i). חלקיקים אלה הם פחות גלויים באזור גלי (נתונים משלימים, איורS1) והם גלויים לא באזור בליטה (איור 6-אייץ '). חקירות EDX מזוהה החלקיקים Cu מתכתי (ראה הוספת איור 6אני ונתונים משלימים ב S2 איור). זה אפשרי כי Cu (מלקט הנוכחי) מתמוסס, ארגונייט שוקע על האלקטרודה (למשל, קורוזיה אספן הנוכחי מתרחש עקב תגובתיות עם האלקטרוליט, כאשר האנודה פוטנציאל חיובי מדי לעומת Li/Li+) 28. בשטח נתקל, עקבות של Cu שיש ריכוז מעל האות רקע היו גם abserved. . זה יכול להיות העריך, כי מסיבה כלשהי, התנאים באזור זה לא טובה של המשקעים של Cu. לבסוף, עקבות של Fe גם נמדדו. זאת ניתן לייחס פירוק הברזל מחומר קטודית (LiFePO4), כפי שזוהו על-ידי אחרים53,48,54. LiPF6 מבוסס (HF עקבות) אלקטרוליטים55, הערכה של הקתודה cycled הראה אין שינויים לעומת החומר טריים (חומר משלים, איור S3). בהמשך הניסויים נערכים על מנת לאפיין עוד חומרים אלה הקתודה.
התעריפים השפלה (DRs) של טבלה 1 שמחושבים CRref היו המותווים לעומת בדיקות טמפרטורות (טעינה, מתרוקנת), ואז מצויד ידי שיטת הריבועים הפחותים (2D). איור 7 מציג את פני השטח-ההתאמה שנוצר, איפה הנקודות נמדד DRs. ערכת הנתונים היה מחולק datasets למידה ואימות למדידות. פונקציה פולינום היה הנבחר (הכי טוב R2). התנאים מייצג אדום עם התחתון DRs והכחול מייצג את התנאים עם גבוה DRs. המשוואה דגם הנובעת היא:
(4)<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq4.jpg"><img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/57501/57501eq5.jpg">
המשמעות הסטטיסטית של מקדמי פולינומיאלי, אושר על ידי ANOVA, מוביל יחסים ריבועית של ד ר עם Tc הקשר הליניארי עם Td.
תצפיות אחרים זה יכול להיות מועיל אם יישומים מתאימים צריך להיבחר: כאשר Tc הוא סביב15 ° C, ד ר הוא לא תלוי של Td; כאשר קורה Tc < 15 ° C, הפירוק גבוה-גבוה יותר Td; Tc > 15 ° C, הפירוק התחתון מתרחש ב גבוה יותר Td; הנמוך ביותר ד ר מקביל (Tc =-7 ° C, Td =-20 ° C); הגבוהה ביותר ד ר מקביל (Tc = 30 ° C, Td =-20 ° C) או (Tc =-20 ° C, Td = 30 ° C).
התוצאות שהוצגו בעבודה זו ייתכן רלוונטיות על העיצוב של עתיד תקנים ותקנות כדי לייצג תרחישים מציאותיים יותר. לניסויים נוספים באמצעות בדיקות אחרות, הביוכימיה יש צורך לבדוק את החוקיות של מסקנות אלו על מנת למצוא טווח הפעלה אופטימלית בהתאם ליישום. עבודה נוספת יהיה להעריך את השפעות ההזדקנות לוח שנה.

עמידות הפך לאחד מהנושאים מרכזי עניין במחקר ליתיום סוללות (ליב)1,2,3 , לא להזניח את התנהגות הבטיחות, ביצועים ועלות. ירידה בביצועי הסוללה הוא מאתגר במיוחד עבור יישומי ניידות e כמו חיים ארוך יחסית הוא נדרש4,5,6 בהשוואה ליישומים אחרים (למשל, כמה שנים על הצרכן אלקטרוניקה). ההופעה הראשונית של LIBs (למשל, במונחים של קיבולת והתנגדות) מתדרדר לאורך זמן בשל אלקטרוכימי בלוח השנה הזדקנות. גורמים רבים (למשל, אלקטרודה, תנאים סביבתיים, טוען הנוכחי החומריים ניתוק מתחים) יכול להיות הגורם המכריע השפלה. הספרות מזהה טמפרטורה כאחד הגורמים העיקריים המשפיעים על ההשפלה של חומרים פעילים אלקטרודה אלקטרודה-אלקטרוליט בצד תגובות7. למרות כמות עצומה של פרסומים הספרות העוסקת הסוללה עמידות בטמפרטורות שונות1,8,9,10,11, 12, מחקרים אלה מייצגים רק של תאים ספציפיים, בשיטות והגדרות בשימוש. ומכאן, אקסטרפולציה לתאים אחרים הוא לא טריוויאלי, ביצוע השוואה כמותית בין מחקרים שונים מאוד קשה.
זה צפוי דווקא כי רכיבה על אופניים-טעינה ומשחררת שונים עשויה להיות השפעה מסוימת על ההתנהגות השפלה של הסוללה כי רבים מהתהליכים גורם השפלה טמפרטורה התלויים. יתר על כן, במספר יישומים, שונה טעינה מתרוקנת טמפרטורות מייצגים תרחיש משכנע יותר [למשל, הסוללה של e-bike טעונה בסביבת טמפרטורה מבוקרת (מקורה), e-האופניים רכב על אופניים (קרי , משוחררים) בטמפרטורות שונות (חיצונית); תנודות הטמפרטורה העונתיים מנוסים ביישומים רבים]. עם זאת, תוצאות הבדיקה הזדקנות שפורסמו בספרות בדרך כלל לימוד הטמפרטורה זהה עבור ההטענה ומשחררת את השלבים. בנוסף, תקנים רלוונטיים13,14,15,16,17 ו בדיקת שיטת מדריכים18,19,20 להשתמש הטמפרטורה. . מצאנו בדוגמה אחת הספרות של רכיבה על אופניים-טמפרטורות שונות (למשל, 45 ° C, 65 מעלות צלזיוס)21 עבור טעינה ופריקה... המחברים של עבודה זו תיאר התפוגגות גבוה יותר בתפקיד בטמפרטורה גבוהה יותר של הפרשה, אשר יוחס אלקטרוליט מוצק וצמיחה שכבת ממשק (סל) סוללת ליתיום יופיצ21. הערכת הסוללה השפלה תחת תנאים נציג של תרחישים מציאותיים רצוי. בעתיד לסטנדרטים ולתקנות עשויים ליהנות מן התוצאות שהוצגו בעבודה זו על בדיקה של תשלום, הפרשות טמפרטורות שונות22.
ככלל, שהטמפרטורות בדיקות להאיץ השפלה1,11,12, לשפר את הצמיחה של סל11,23,24, ולקדם בווריאציות סל 11,23. מצד שני, רכיבה על אופניים בטמפרטורה נמוכה גורמת אתגרים לא סביר: ציפוי וצמיחה דנדריט מתבצעים (דיפוזיה איטית ליתיום)25,26,27,28. ליתיום מתכת יכול להגיב עוד יותר עם האלקטרוליט שמוביל עמידות מופחתת, מופחתת בטיחות מדרגה28,29.
וואנג. et al. 8 לאור עמעום קיבולת עקב יחסים חוק כוח עם התפוקה תשלום (טמפרטורות בין 15 ° C ל- 60 ° C). מחברים אחרים תיארו את השורש הריבועי של הזמן היחסים עם עמעום קיבולת10,30,31,32,33,34. . זה אמור לייצג את ההפסד קיבולת בלתי הפיך לייחס את הצמיחה של סל30,31 שבו ליתיום פעיל הוא נצרך. השפלה קיבולת גם ייתכן נתח של השפלה ליניארי עם הזמן33,34,35. לבסוף כמה סימולציות של עמעום קיבולת בטמפרטורות שונות היו תוקף עם תוצאות ניסויית, הנתונים הראו של תלות מעריכית של השפלה, טמפרטורה8,10.
זו עבודה, השפעת טמפרטורות שונות תשלום וכן הפרשות על ההתנהגות השפלה של ברזל פוספט ליתיום (LFP) / גרפיט תאים המיועדים בטמפרטורות הסביבה התת מתואר. מספר הצירופים הטמפרטורה המשוערת היה ממוזער באמצעות עיצוב של הניסוי (DOE) שיטת36; גישה זו נפוץ בשימוש תעשייתי מיטוב תהליכים. שיטה זו הוחלה גם על-ידי. פורמן et al. 37 ללמוד הסוללה השפלה, מתן השגיאה חיזוי מינימלי (D-אופטימום). לחלופין, Muenzel. et al. 38 פיתח מודל חיזוי מרובה גורמים חיים שימוש חוזר נתונים מ. עומר ואח 12. הנתונים הורכב, מטריצה השפלה הושג.
בשנת העבודה הנוכחית, הנתונים שהתקבלו הורכב על ידי התאמה לפחות מרובע ליניארי (פולינום) הכולל מסדר ראשון אינטראקציות בין טמפרטורות של תשלום הפרשות. ניתוח השונות (ANOVA) נעשה שימוש כדי להעריך את מקדמי, מידת פולינום. השיטה מסייעת להבין את השפעת טמפרטורות של טעינה, פריקה, האינטראקציות האפשריות שלהם. מידע זה יכול להיות רלוונטי לתמוך הקמת עתידי מתאים עבור מטרה ולא מציאותי פרוטוקולים וסטנדרטים.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:828px;" width="828">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">artificial graphite&#160;</td>
			<td style="width:169px;">IMERYS</td>
			<td style="width:269px;"></td>
			<td style="width:167px;">D50 about 6&#160;&#181;m. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">lithium iron phosphate</td>
			<td style="width:169px;">BASF</td>
			<td style="width:269px;"></td>
			<td>D50 about 11&#160;&#181;m. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Cu foil&#160; &#160;</td>
			<td style="width:169px;">Schlenk</td>
			<td style="width:269px;"></td>
			<td>16&#160;&#181;m thickness. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Al foil</td>
			<td>Showa Denko</td>
			<td style="width:269px;"></td>
			<td>20&#160;&#181;m thickness. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">separator&#160;</td>
			<td style="width:169px;">Celgard</td>
			<td style="width:269px;"></td>
			<td>separator. Catalog number cannot be disclosed for propietary reasons</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Maccor cycler</td>
			<td style="width:169px;">Maccor</td>
			<td style="width:269px;">Maccor Series 4000&#160;</td>
			<td>Battery cycler</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">BIA chamber</td>
			<td style="width:169px;">BIA</td>
			<td style="width:269px;">BIA MTH 4.46&#160;</td>
			<td>environmental temperature chambers</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">SEM</td>
			<td style="width:169px;">Carl Zeiss, Germany</td>
			<td>ZEISS SUPRA 50</td>
			<td>Scanning Electron Microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">EDAX</td>
			<td>Oxford Instruments, UK</td>
			<td>&#160;Oxford X-MaxN 80&#160;</td>
			<td>Energy Dispersive X-ray spectrometer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">SDD</td>
			<td>Oxford Instruments, UK</td>
			<td style="width:269px;">AZtec software</td>
			<td>Drift detector&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

השפעת טעינה ומשחררת את סוללת ליתיום ברזל פוספט-גרפיט תאים בטמפרטורות שונות על שפלותם מחושבת באופן שיטתי. ההשפלה של התאים מוערך על-ידי שימוש 10 טעינה ומשחררת את התמורות טמפרטורה ועד 30 ° C-20 ° C פעולה זו מאפשרת ניתוח של ההשפעה של טעינה ופריקה הטמפרטורות על הזדקנות, ואגודות שלהם. סכום כולל של 100 מחזורי טעינה/פריקה בוצעו. כל 25 מחזורים מחזור הפניה בוצעה כדי להעריך את השפלה קיבולת הפיכים ובלתי הפיכה. מרובה גורמים השונות היה בשימוש, ואת תוצאות הניסוי היו מצוידים מציג: i) קשר ריבועית בין הקצב של השפלה לבין הטמפרטורה של תשלום, ii) הקשר הליניארי עם הטמפרטורה של פריקה, ו- iii) a מתאם בין הטמפרטורה של תשלום הפרשות. נמצא כי השילוב טמפרטורה עבור טעינה ב +30 מעלות צלזיוס ו מתרוקנת ב-5 מעלות צלזיוס הוביל שיעור הגבוה ביותר של השפלה. מצד שני, אופניים בטווח טמפרטורה מ-20 ° C עד 15 ° C (עם שילובים שונים של טמפרטורות של טעינה ופריקה), הובילה הפירוק נמוך יותר. בנוסף, כאשר הטמפרטורה של תשלום 15 ° C, התברר כי שיעור השפלה היא nondependent על הטמפרטורה של הפרשות.

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

מאמר זה מתאר את השפעת טמפרטורות טעינה/מתרוקנת שונה על ההשפלה של ליתיום ברזל פוספט-גרפיט נרתיק תאים, מכוון להדמיית קרוב מאוד התרחישים. בסך הכל, נחקרות 10 צירופים טמפרטורה בטווח-20 עד 30 ° C כדי לנתח את השפעת הטמפרטורה על השפלה.

השפעת טעינה ומשחררת את סוללת ליתיום ברזל פוספט-גרפיט תאים בטמפרטורות שונות על השפלה

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria

בידוד ואפיון כימי ליפידים מחיידקים גראם שליליים

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS ...

Optimization of Synthetic Proteins: Identification of Interpositional Dependencies Indicating Structurally and/or Functionally Linked Residues

ושאריות או זיהוי של Interpositional תלות המציין מבני / צמודות תפקודית: אופטימיזציה של חלבונים סינטטיים

Protein alignments are commonly used to evaluate the similarity of protein residues, and the derived consensus sequence used for identifying functional ...

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

הצמיחה epitaxial של perovskite סטרונציום Titanate על גרמניום באמצעות הפקדת אטומית Layer

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

Extraction and Purification of Polyphenols from Freeze-dried Berry Powder for the Treatment of Vascular Smooth Muscle Cells In Vitro

Extraction and Purification of Polyphenols from Freeze-dried Berry Powder for the Treatment of Vascular Smooth Muscle Cells In Vitro

מיצוי וטיהור של פוליפנולים מאבקת ברי מיובשים בהקפאה לטיפול בתאי שריר חלקים וסקולריים<em&gt; במבחנה</em

Epidemiological studies indicate that increased flavonoid intake correlates with decreased mortality due to cardiovascular diseases (CVD) in the United ...

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

ההשפעה של מליטה כימית interfacial ב TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; מרוכבים על הביצועים שלהם NOX photatalyalytic הפחתה

The chemical bonding of particulate photocatalysts to supporting material surfaces is of great importance in engineering more efficient and practical ...

The Effect of Ultraviolet Radiation on the Chemical Bath Deposition of Bis(thiourea) Cadmium Chloride Crystals and the Subsequent CdS Obtention

The Effect of Ultraviolet Radiation on the Chemical Bath Deposition of Bisthiourea Cadmium Chloride Crystals and the Subsequent CdS Obtention

השפעת קרינה אולטרה סגולה על התצהיר אמבט כימי של הקריסטלים כלוריד קדמיום Bis(thiourea), את Obtention תקליטורים עוקבות

In this work, the effects on the preparation of bis(thiourea) cadmium chloride crystals when illuminated with ultraviolet (UV) light at a wavelength of ...

Automated 90Sr Separation and Preconcentration in a Lab-on-Valve System at Ppq Level

Automated 90Sr Separation and Preconcentration in a Lab-on-Valve System at Ppq Level

ההפרדה Sr אוטומטי 90ו- Preconcentration במערכת המעבדה-על-שסתום ברמה Ppq

A quick, automated and portable system for the separation and determination of radiostrontium in aqueous samples, using Sr-resin and multi sequential flow ...

Extraction of Lignin with High &#946;-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield

Extraction of Lignin with High ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â²-O-4 Content by Mild Ethanol Extraction and Its Effect on the Depolymerization Yield

מיצוי של ליגנין עם תכולה גבוהה של β-O-4 על-ידי הפקת אתנול מתון והשפעתו על התשואה Depolymerization

Lignin valorization strategies are a key factor for achieving more economically competitive biorefineries based on lignocellulosic biomass. Most of the ...

Synthesis of Terpolymers at Mild Temperatures Using Dynamic Sulfur Bonds in Poly(S-Divinylbenzene)

Synthesis of Terpolymers at Mild Temperatures Using Dynamic Sulfur Bonds in PolyS-Divinylbenzene

סינתזה של טרפולימרים בטמפרטורות מתונות באמצעות קשרי גופרית דינמיים ב פולי (בנזין)

Elemental sulfur (S8) is a byproduct of the petroleum industry with millions of tons produced annually. Such abundant production and limited applications ...

Isotopic Effect in Double Proton Transfer Process of Porphycene Investigated by Enhanced QM/MM Method

אפקט איזונושא בתהליך העברת פרוטונים כפול של פורקן נחקר על-ידי שיטת QM/MM משופרת

The single deuterium substitution in porphycene leads to an asymmetric molecular geometry, which may affect the double proton transfer process in the ...