Mapeo de las temperaturas internas durante las aplicaciones de baterías de alta velocidad

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Gestión térmica

Sus antecedentes:

• Los vehículos eléctricos requieren altas tasas de carga/descarga, lo que lleva a un aumento de la temperatura interna en las células de iones de litio.
• Las celdas de iones de litio selladas dificultan la medición de la temperatura interna.
• La expansión del colector de corriente a través de la difracción de rayos X (XRD) ofrece un monitoreo de la temperatura interna no destructivo.

Objetivo del estudio:

• Para caracterizar la temperatura interna, la deformación y el estado de carga en 18650 células de iones de litio durante el funcionamiento de alta velocidad (por encima de 3C).
• Utilizar métodos avanzados de sincrotrón XRD para el mapeo operativo de la temperatura y las mediciones en un solo punto.

Principales métodos:

• Operando la difracción de rayos X sincrotrón (XRD) para el mapeo de la temperatura de las secciones transversales de las células.
• Mediciones XRD de un solo punto durante el ciclo de carga-descarga.
• Caracterización de 18650 células de iones de litio con energía variable y optimización de potencia.

Principales resultados:

• La descarga de una celda de energía optimizada (3,5 Ah) durante 20 minutos dio lugar a temperaturas internas >70°C.
• Una descarga más rápida de 12 minutos de una célula optimizada para la potencia (1,5 Ah) produjo temperaturas <50 °C.
• Bajo corrientes idénticas (por ejemplo, descarga de 6 A), ambos tipos de células mostraron temperaturas máximas similares (~ 40 ° C).
• El aumento de la temperatura operando está relacionado con la acumulación de calor, exacerbada por los protocolos de carga (CC/CV) y la degradación celular.

Conclusiones:

• El estudio demuestra un nuevo método no destructivo para medir las temperaturas internas de las celdas de iones de litio durante el funcionamiento a alta velocidad.
• Los protocolos de carga influyen significativamente en la acumulación de calor, lo que afecta el rendimiento y la vida útil de la batería.
• Esta metodología puede orientar el desarrollo de estrategias de gestión térmica mejoradas para vehículos eléctricos.