评估电池性能:与什么相比?

评估电池性能:与什么相比?

科学家们必须经常问自己,与什么相比?我们在实验室产生的结果与其他人获得的结果相比如何?我们的理论计算与实验数据相比如何?

回答这些问题对锂离子电池的研究人员和开发人员尤为重要。锂离子电池是40年前发明的,现在为笔记本电脑和电动工具等大多数便携式电子设备供电。它们也正在开发,以满足电动汽车和电网的高储能需求。新设计的电极和电解质的不同组成-两个关键的电池组件-不断地在线。

“来自政府和学术实验室的工业工程师和研究人员经常根据电池技术的预期应用,设计出他们自己的程序来描述锂离子电池的特性。这使得任何技术创新的比较都极其复杂。”—艾拉·布鲁姆,阿贡电池研究者。

评估电极或电解质材料的创新是否实际是一种改进,需要将其与其他测试结果进行比较。但是,电池测试没有“一刀切”的标准。测试电池的方法差异很大。

阿贡电池研究人员IraBloom指出,“工业工程师和政府和学术实验室的研究人员经常根据电池技术的预期应用,设计出他们自己的程序来描述锂离子电池。这使得任何技术创新的比较都极其复杂。”

美国能源部(DOE)阿贡国家实验室、沃里克大学、奥沃能源公司、夏威夷国家能源研究所和捷豹路虎的一个团队审查了世界各地用于描述锂离子电池性能的各种方法的文献,以提供最佳实践的见解。

通常,电池研究人员使用三个参数来定义电化学性能:容量、开路电压和电阻。容量是对蓄电池总电量的测量。开路电压是指没有电流的蓄电池提供的电压。它代表电池的最大电压。电阻是元件材料阻碍电流流动,导致电压下降的程度。

问题在于,根据电池的应用,研究人员可以在不同的测试条件(温度、放电速率、充电状态等)下测量这些参数,从而获得不同的电池使用寿命。例如,蓄电池电阻可以用直流或交流电测量。

“这很复杂,”沃里克大学的首席研究员和高级研究员Anup Barai说。“测试的适当性取决于研究者正在研究什么。我们的回顾为特定情况下最合适的测试方法提供了指导。“为此,团队制作了一个易于使用的表,比较了八种测试方法,包括所需的主要设备、生成的信息以及每种方法的优缺点。

“我们的希望,”布鲁姆补充道,“是我们的研究结果有一天会导致更可靠的可比方法来测试为不同应用量身定制的锂离子电池。”

这项题为“商用锂离子电池非侵入性表征方法的比较”的研究最近发表在《能源与燃烧科学进展》杂志的在线版上。

除了Bloom和Barai,研究团队还包括Ovo Energy的Kotub Uddin、M_noa夏威夷大学的Matthieu Dubarry、Jaguar Land Rover的Limhi Somerville以及Warwick大学的Andrew McGordon和Paul Jennings。

这项研究得到了几个赞助者的支持,包括Innovate UK、英国工程和物理科学研究理事会、夏威夷州、亚太可持续能源系统研究倡议、能源部能效和可再生能源办公室、车辆技术办公室。

能源部能源效率和可再生能源办公室支持能源效率和可再生能源技术的早期研究和开发,以加强美国经济增长、能源安全和环境质量。

阿贡国家实验室寻求解决国家科技问题的办法。阿贡是美国第一个国家实验室,在几乎所有科学学科中进行前沿的基础和应用科学研究。阿贡大学的研究人员与数百家公司、大学以及联邦、州和市政府机构的研究人员密切合作,帮助他们解决他们的具体问题,提高美国的科学领导能力,为国家创造更好的未来做好准备。阿贡拥有60多个国家的员工,由美国能源部科学办公室的Uchicago Argonne,LLC管理。

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