电池型压力变送器

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氢气供应系统作为燃料电池系统的重要组成部分，其空气侧与氢气侧之间压力差的动态控制对于整个燃料电池系统可靠性尤为重要。本文针对氢燃料电池系统氢气压力控制中存在的问题，推荐使用精密电动针阀，并详细介绍了电动针阀的特点和技术参数，以及相应的实施方案。

摘要：针对目前新能源电池热失控和特性研究以及生产中缺乏变环境压力准确模拟装置、错误控制方法造成环境压力控制极不稳定以及氢燃料电池中氢气所带来的易燃易爆问题，本文提出了相应的解决方案。方案的关键一是采用了低漏率电控针阀作为下游控制调节阀实现压力可编程精密控制，二是采用高压气体型真空源避免机械式真空泵的电火花造成引燃，三是在压力控制的同时也对电池加热温度进行自动控制。整个装置控制精度和自动化程度较高。

从理论上来说，土壤热流变送器的校准，会受到变送器和校准介质之间导热系数和变送器几何形状的影响。本文对这些影响进行了研究，采用两种具有不同导热系数材质和几何形状的商品化土壤热流变送器，比较了这些参数对校准参数的影响。开发出一种理论校准公式并对此公式进行了评价。对两种类型共14个热流变送器采用稳态防护热板法在实验室内进行试验，所提供的热流密度变化范围为40～200W/m2，校准介质为导热系数变化范围为0.3～3W/mK的干燥饱和沙。其中一种热流变送器的平均校准因子要低于厂商数据12%，而理论预测值则更低于厂商数据26%～36%。其它类型热流变送器的平均校准因子则高于厂商数据7%，而理论预测值高于常数数据1%～11%。计算后的几何因子对圆形变送器为1.07，对正方形变送器为0.89，这些几何因子都小于理论值1.70，但与以往文献中报道的试验值范围1.02～1.31相近。

在 UL 9540A 标准的推行下，电池热失控产气测试成为相关行业的焦点。电池热失控产气测试的主要研究内容包括产气过程、气体成分分析和气体爆炸性分析。其中产气过程主要关注产气量、产气速率与产气压力。该项测试需要将电池放入电池密封测试罐，并整体放置于绝热腔体内进行测试。对于不同尺寸的电池也可以选用不同容积的测试罐。通过热失控过程中密封罐内压力和温度的数据，利用理想气体状态方程计算产气量和产气速率等数据。

随着电动汽车的兴起，新能源电池试验箱在这个行业中也起到了很大的用处，甚至也支撑了很多企业的生产价值。锂电池引起的安全事故大多数都是因为短路而导致的，我们都知道，当电池正负极在电阻很小的情况下，相互连接的是不正常的通电，就像我们常说的短路时，电池里面会产生很大的电流和热量，这样不仅会造成电池寿命严重损害，还会对锂电池内部压力的骤增，而且对于锂离子的化学特征很活泼，会导致电池外壳的爆裂和燃烧的情况发生。那么，我们的试验仪器如何避免这一现象发生呢？下面小编给大家好好的分析：

针对氢燃料电池膜电极的氢气泄露质量问题，本文详细介绍了T/CAAMTB 12-2020《质子交换膜燃料电池膜电极测试方法》中的串漏率检测方法，分析了测试方法中存在的不足，对检测方法提出了改进意见，进一步细化了加载压力精确控制和漏率自动化检测方案，使得该测试方法可不受不同时间和地点的大气压力和环境温度的影响，使该测试方法更准确可靠和具有普遍适用性。

作为新能源汽车的主要动力电源之一，锂离子电池的技术路线仍未确定。在粗犷式扩张的前期，对高能量密度和长续航里程的追求使三元锂电池一度盖过磷酸铁锂电池；并且，为了进一步提高能量密度，三元材料进一步向着高镍方向发展。然而，镍含量增高后，也带来了热稳定性变差的问题，越来越多的电动车起火事件牵动着公众的神经，高镍三元体系一时颇受争议。未来的锂离子电池技术路线，在市场的压力下将走向何方，也许只有历史才能给出答案。锂离子电池的制造工艺要求非常严格，关键材料的性能、质量监管体系的完善都直接影响着电池的性能以及安全性。尤其在电池安全事故频出的现阶段，电池的安全性牵动着消费者的心态，决定着市场的走向。为了精确控制材料质量、完善工艺管理，对各环节的分析检测成为品质保障的主要方式。而各种技术路线的共存，也给测试工作带来了考验。

质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）是用质子交换膜作为电解质的燃料电池，是将外部供应的燃料（氢气）和空气中的氧化剂（氧气）的化学能通过电化学反应直接转化为电能、热能和其他反应产物的发电装置。由于车用质子交换膜燃料电池集中了氢、热、电、压力等所有危险因素，因此，标准GB/T 20042.2-2008对质子交换膜燃料电池堆安全性提出了详细要求和设计提示。质子交换膜作为PEMFC的核心部件之一，其各项性能指标测试也就成为了生产企业对产品质量管控的重点关注对象。

电解液是离子电池研发的核心部分，不仅是保证离子传输的重要媒介，也是电池获得高电压、高比能的重要基础。电解液相关参数及对隔膜的浸润性直接影响电池性能的发挥，因此对电池电解液的浸润性进行准确的表征和评估是电池研究和开发中的重要课题。

锂离子电池通常由正极、负极、隔膜、电解液和外壳组成，锂离子通过在正负极之间不断的嵌入与脱嵌完成了电池的充放电工作。相比传统电池，锂离子电池轻薄、容量大、内阻小、放电特性佳，已经规模应用于小型电子产品，在电动车、储能领域成为最有竞争力的候选产品。然而，近年来锂离子电池发生爆炸伤人的安全事故屡见不鲜，如2009年北京一居民被正在充电的手机炸伤，再如同年销往美国的锂离子电池在航空运输中突然自燃，险些酿成悲剧。上述种种事故使得锂离子电池的使用安全性被广泛关注。经研究发现，锂离子电池内部短路、瞬间大电流放电极易引发爆炸，而电池隔膜是爆炸发生的导火索之一，其性能的提升是改善锂离子电池安全性的重点研究方向。

石墨是最稳定的碳的同素异形体，是锂离子电池的主要阳极材料。石墨材料具有安全可靠的优良性能，为许多便携式设备提供了足够的能量供给，如手机和笔记本电脑，奠定了石墨的主导地位。对于锂离子电池的生产，关键因素是石墨的纯度，必须在99.0%以上。石墨有两种形式：矿石中提取的天然石墨和用石油焦合成的石墨，这两种材料都可用于锂离子电池阳极材料，但在过去的几年里，市场正转向天然材料，因为它比合成材料更便宜，也更环保。本方案采用微波消解和ICP-MS对石墨中的杂质元素进行分析。超级微波消解技术是微波消解领域的新科技，因其卓越的性能特别适合于石墨等难溶样品的消解：?其核心部件是一个内衬PTFE的不锈钢高压单反应腔，与传统微波消解相比可以达到超高的温度和压力条件，可以达到300℃的工作温度和200bar的工作压力，而不会有爆罐的风险。?所有样品罐内插于微波水浴环境下进行消解，具有高度均一的温度和压力反应条件。?各种不同类型的样品，可以同批次消解。?样品罐无需密闭承压不用专门的耐压微波消解罐，市面上成本低廉的普通玻璃/石英/TFM塑料试管均可使用。?仅需传统微波消解50%左右的试剂量，节省试剂的同时无需赶酸，绿色环保。?与传统微波相比无需繁琐的装罐和拆罐过程，全自动密闭和打开高压反应腔。

钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能电池中最耀眼的明星,在短短十年内其转化效率提升到了25.2%,而且由于其低廉的制造成本,有望在脱碳能源领域发挥巨大的作用。但是,由于钙钛矿太阳能电池中的各功能层材料对空气中的水蒸汽、氧气,紫外光,压力等比较敏感,大大缩短了使用寿命。封装技术能够有效地将工作元件与外界环境隔离,防止各种杂质的污染和腐蚀,是一种提高精密电子元器件使用寿命的方法。运用优异的绝缘性的聚合物材料进行封装,热塑性和一定的机械强度,致密的封装层能够有效隔绝空气中的水和氧气,可以实现低成本的大面积封装。

无论是正极还是负极的电极材料，粒径的大小都是至关重要的因素。不同大小的电极原材料不仅会影响最终电池材料的电容量，还会影响电极材料的填充比，进而影响了电极材料的充放电速率。本文就电池原材料的粒径粒形测试展开了讨论。

本实验方案旨在利用冷热冲击试验箱对储能电池进行测试，以评估其在温度变化和充放电过程中的性能表现。通过模拟不同的使用环境温度变化，检测储能电池的容量保持率、安全性以及充放电效率等指标，为储能电池的研发、生产和应用提供重要依据。

本文介绍了岛津MCT-211超微小压缩试验机，对压缩载荷引起的电池结构材料显微状态变化进行观察。通过这项研究证明，岛津MCT-211能够评估在生产和使用过程中受到外部压力作用下，内部结构材料的强度特性

高温试验、恒温恒湿、温度冲击试验在汽车锂电池的品质管理起到了很重要的作用，在研发过程中需要依据不同的试验标准来重复测试被测件的可靠性，其主要原理就是模拟锂电池在不同温度下充电、放电以及老化测试，确保锂电池效率和可预期寿命的关键。

本试验方案旨在通过电池隔爆试验箱对锰酸铝电池进行安全性测试。选取不同规格的锰酸铝电池样品，设定充放电条件和触发极端情况的条件。试验前检查样品外观和性能，试验过程中监测电池各项参数及箱内环境，试验后再次检查外观和性能。对试验数据进行记录与分析，包括外观变化、性能变化及安全性相关指标，最后根据分析结果判定电池的隔爆性能是否合格，试验结果可为锰酸铝电池相关工作提供依据。

电池产品在测试过程中，与温湿度的关系很大，因为温度和湿度对蓄电池、充电池、以及各类型的电池的寿命都是很重要的，如果需要了解和检测电池的性能，可以借助恒温恒湿实验箱来测试的。

由于锂离子电池的高能量密度与电池材料的自反应特性，电池在滥用条件下容易诱发不可预测的放热和产气行为，并可能导致热失控、火灾或爆炸等严重后果。因此，开发新的电池体系，特别是针对高能量密度和长寿命的设计，需充分考量电池材料的热稳定性并据此改进配方，以提高电池安全性。热分析和量热法是评价电池材料热稳定性的主要方法，可测定得到电池材料热分解反应的热力学和动力学参数。使用 TAC-500A 在绝热环境下测定样品温升速率变化在绝热环境下测定样品温升速率变化，从而通过单位时间内的绝热温升计算样品发热功率。该方法为克级测试，更适合测定非均相样品。

本试验方案利用隔爆型高低温湿热试验箱对电池包外壳进行测试。通过准备样品、设置试验箱参数后进行试验，观察电池包外壳在不同环境下的变化，并进行防护性能测试。根据结果分析其防护性能是否符合标准和使用要求，提出改进建议。注意确保试验箱参数准确、运行安全、严格测试操作和客观分析结果。

锂离子电池隔膜安全性测试方法介绍及新标准解读关键词： 锂离子电池隔膜 ,透气性 ,穿刺力 ,热缩率

与用于日常手机和电动汽车的传统锂离子电池相比，固态电池(SSBs)具有重要的潜在优势。在这些潜在优势中，有更高的能量密度和更快的充电速度。由于没有易燃有机溶剂，固体电解质分离器还可以提供更长的寿命、更宽的工作温度和更高的安全性。SSBs的一个关键方面是其微观结构对质量传输驱动的尺寸变化(应变)的应力响应。在液体电解质电池中，正极颗粒中也存在成分应变，但在SSBs中，这些应变导致膨胀或收缩的电极颗粒与固体电解质之间的接触力学问题。在阳极侧，锂金属的电镀在与固体电解质的界面上产生了自己的复杂应力状态。SSBs的一个关键特征是，这种电镀不仅可以发生在电极-电解质界面上，而且可以发生在固体电解质本身、气孔内或沿晶界。这种受限的锂沉积形成了具有高静水压应力的区域，能够在电解质中引发破裂。尽管SSBs中的大多数故障是由机械驱动的，但大多数研究都致力于改善电解质的离子传输和电化学稳定性。为了弥补这一差距，在这篇综述中，美国橡树岭国家实验室Sergiy Kalnaus提出了SSB的力学框架，并审查了该领域的前端研究，重点是压力产生、预防和缓解的机制。相关论文以“Solid-state batteries: The critical role of mechanics"为题，发表在Science。图片具有高电化学稳定性的固体电解质与锂金属和离子电导率高于任何液体电解质的硫化物固体电解质的发现，促使研究界转向SSBs。尽管这些发现已经播下了SSBs可以实现快速充电和能量密度加倍的愿景，但只有充分了解电池材料的机械行为并且将多尺度力学集成到SSBs的开发中，才能实现这一承诺。图片固态电池的前景开发下一代固态电池(SSBs)需要我们思考和设计材料挑战解决方案的方式发生范式转变，包括概念化电池及其接口运行的方式(图1)。采用锂金属阳极和层状氧化物或转化阴极的固态锂金属电池有可能使当今的使用液体电解质的锂离子电池的比能量几乎增加一倍。然而，存储和释放这种能量会伴随着电极的尺寸变化：阴极的晶格拉伸和扭曲以及阳极的金属锂沉积。液体电解质可以立即适应电极的体积变化，而不会在电解质中积聚应力或失去与阴极颗粒的接触。然而，当改用SSBs时，这些成分应变、它们引起的应力以及如何缓解这些应力对于电池性能至关重要。SSBs中的大多数故障首先是机械故障。SSBs的成功设计将与材料如何有效地管理这些电池中的应力和应变的演变密切相关。要在SSBs中实现高能量，最重要的是使用锂金属阳极。从以往来看，锂金属阳极一直被认为是不安全的，因为锂沉积物有可能生长，锂沉积物会穿透电池，导致短路和随后的热失控。解决锂生长问题最有希望的解决方案是使用固态电解质(SSE)代替液体电解质，因为它具有机械抑制锂枝晶渗透的潜力。然而，原型固态锂金属电池的实际经验表明，即使是强的电解质材料，锂也具有不同寻常的渗透和破裂倾向。解决阴极-电解质界面和锂-电解质界面挑战的关键是清楚地了解涉及电池相关长度尺度、温度和应变率的所有材料的力学原理。图片图 1.锂金属SSBs及其相应的力学和传递现象的示意图【SSBs中运行的压力释放机制】由于锂传输和沉积不可避免地会产生局部应力，因此考虑锂金属和SSE中可能的应力消除机制至关重要。目标是激活非弹性或粘弹性应变以降低应力大小。这种激活机制在不同类别的固体电解质和金属锂中是不同的。固态电解质是否能够管理由氧化还原反应施加的应变引起的应力将取决于在所施加的电流密度(应变率)和工作温度下操作应力消除机制的可用性。当非弹性流无法在特定的长度和时间尺度下激活时，应力通过断裂进行释放。图片图 2.锂金属的长度尺度和速率依赖性力学【陶瓷的塑性变形】SSBs中的主要应力来源包括(i)Li镀入固体电解质中的缺陷，(ii)由于固体电解质约束的阴极颗粒膨胀而产生的应力，以及(iii)外部施加到电池上的应力(典型的应力)。SSBs工程的目标是采用能够在SSBs中可逆变形并限制应力而不产生断裂的电池材料组合。虽然通过扩散流或位错滑移来限制应力累积是金属锂的合适机制，但陶瓷电解质在室温下不会激活滑移系统，而是会断裂。在这种情况下，材料的增韧不是通过位错的产生而是通过移动现有位错来实现的。因此，关键是有意在材料中引入高位错密度，以便有可能在裂纹端周围的小体积中找到足够的位错(图 3)。具有高抗断裂性的非晶固体电解质的一个例子是锂磷氮氧化物(Lipon)。使用这种非晶薄膜固体电解质构建的电池已成功循环超过10,000次，容量保持率为 95%，并且没有锂渗透 (6。此外，已证明电流密度高达10 mA/cm2。对无定形Lipon力学的研究有限，但表明制备成薄膜时材料坚固。Lipon具有一定程度的延展性。这种延性行为在中得到了进一步揭示，表明Lipon可以在剪切中致密和变形以降低应力强度。图片图 3.通过非晶材料中的致密化和剪切流动触发塑性，并通过在结晶陶瓷中引入位错来增韧，从而避免断裂对离子传导非晶材料和玻璃的变形行为和断裂的研究相当有限。然而，在Lipon中，室温下观察到与LPS玻璃类似的部分恢复。根据分子动力学(MD)模拟，有人提出Lipon中的致密化是通过P-O-P键角的变化而发生的。这种结构变化可能是可逆粘弹性应变背后的原因。然而，由于MD方法无法实现时间尺度，模拟致密化恢复是不可行的。在不需要外部能量输入的情况下至少部分恢复致密体积的能力值得进一步研究。在循环负载下，这种部分恢复会产生类似磁滞的循环行为(图 4)。图片图 4. 在循环加载纳米压痕时，Lipon的形变恢复会导致类似滞后的行为【电化学疲劳】尽管已经在应力消除的背景下讨论了断裂，但断裂的起源通常要复杂得多。在传统结构材料中，循环应力和应变会导致损伤累积，最终导致断裂失效。活性电极材料对由主体结构中锂的重复插入和脱除引起的循环电化学负载做出响应，其方式类似于对外部机械力的循环施加的结构响应。对于阴极，由此产生的变化导致在两个不同长度和时间尺度上不可逆的损伤累积，并由不同的机制驱动：(i)多晶阴极颗粒中的晶间断裂，以及(ii)单阴极颗粒中锂化引起的位错动力学和穿晶断裂。电极颗粒的循环电化学应变导致尺寸变化，足以扩展固体电解质和阴极活性材料之间的界面裂纹。固体电解质内可以产生额外的裂纹，作为界面裂纹的延伸或作为新的断裂表面，作为减少SSBs中大而复杂的应力的方法(图 5)。现有的实验证据表明，大多数此类界面破裂发生在第一个循环内，并导致初始容量损失。然而，这种裂纹的演变可能是一个循环过程，让人想起疲劳裂纹的扩展；目前，还没有足够的实验信息来自信地支持或拒绝这一假设。图片图 5.复合固态阴极的疲劳损伤【固体电解质中的锂增长】根据目前对固体电解质失效的理解，裂纹的形成对锂通过陶瓷电解质隔膜的扩展起着重要的作用。大多数锂诱导失效的理论处理都认为锂丝是从金属-电解质界面向电解质主体传播的(模式I降解)。然而，锂的还原和随后的锂沉积很容易发生在电解质内，远离与锂的界面(模式II降解)。最后，可以想象这样一种情况，即锂沿着多晶陶瓷电解质的晶界均匀地沉积，从而穿过电解质而不需要裂纹扩展。当电池内施加高电流密度时，这种情况可能会在泄漏电流非常高的情况下发生(图6)。图片图 6.锂通过固体电解质传播的示意图【小结】最近的研究对应变的起源以及SSBs各组成部分的应力消除机制提供了洞察力。最重要的经验之一或许是，在较小的长度范围内，锂的强度是块状锂的100多倍，因此无法放松在锂电镀过程中在界面上积累的应力。这就需要通过固体电解质释放应力，通常会导致失效。电池因锂离子扩散导致电解质破裂而失效，这是最关键的失效类型，也是最常研究的导致短路的失效类型。与突然短路相比，充放电循环下电池容量的降低虽然不那么明显，但仍具有很大的危害性，这与阴极/固体电解质界面裂纹的形成有关。这两种失效模式都与锂、固体电解质和正极活性材料的长度尺度和额定力学以及它们在不断裂的情况下耗散应变能的能力直接相关。尽管在了解这些关键材料的应力释放方面取得了很大进展，但我们的认识仍然存在很大差距。该研究对SSBs力学进行了综述，并为构思和设计机械稳健的SSBs搭建了一个总体框架，即：(i)识别和理解局部应变的来源；(ii)理解应变产生的应力，尤其是电池界面上的应力，以及电池材料如何应对应变。

本试验方案利用电池隔爆试验箱对氢燃料电池系统进行多方面测试，包括气密性能、氢气泄漏检测、隔爆性能、性能测试（输出功率、效率、动态响应）和耐久性测试。

目前，锂离子电池用的磷酸铁锂材料具有极高的安全性、超长的循环寿命、良好的高温性能和稳定的放电平台等特点，是用于电动交通工具、储能电池和大倍率电动工具电池的唯一侯选正极材料。不同的制造工艺会导致极大的性能差异，其中，磷酸铁锂材料的自放电问题是较为严重的问题之一,采用钢研纳克生产的Plasma 2000型电感耦合等离子体发射光谱仪测定锂离子电池用的磷酸铁锂材料的铁离子溶出率效果非常好的，能够满足试验的要求。

本文针对圆柱形锂离子电池整体导热系数测试方法，评论性概述了近些年的文献报道，研究分析了导热系数测试方法的特点，总结了圆柱形锂电池各向异性导热系数测试中存在的问题和面临的挑战，从热分析仪器市场化角度提出了迎接这些挑战的技术途径和新方法。

锂离子电池的制造成本中，正极材料占比最高，将近一半(40%-46%)。因此，正极材料是影响锂离子电池性能好坏的关键，其种类和质量直接决定锂离子电池的性能与价格，质量恒定中比表面积大小是重要的指标之一。比表面积大小直接影响其活性物质的容量发挥，进而影响倍率、循环性能；同时比表面积不同的正极材料对电池生产过程中的涂布工艺要求也不同。针对材料不同选择什么型号的比表面积仪变得尤为重要。

手机高低温测试标准应包括对手机在高温环境下的表现进行测试。高温环境对手机的影响主要包括电池性能、屏幕显示、机身材质等方面。在高温下，手机电池容易过热，从而影响电池寿命和充电速度，因此，高温测试应包括对手机电池的耐热性能进行测试。同时，屏幕在高温下易出现失真、发黄等情况，因此，高温测试也应包括对屏幕显示效果的测试。此外，机身材质在高温下容易变形、开裂，因此，高温测试还应包括对机身材质的耐热性能进行测试。

本实验方案专注于隔爆试验箱电池 EVA 薄膜的可靠性测试。通过模拟实际使用中的各种工况和环境条件，对 EVA 薄膜的关键性能进行全面评估。

本文参考《GB/T 41704-2022 锂离子电池正极材料检测方法 磁性异物含量和残余碱含量的测定》标准，使用岛津ICPE-9820型电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）建立了测定锂离子电池正极材料磷酸铁锂中磁性异物含量的方法。实验结果表明，该方法标准曲线线性良好（r＞0.9995），灵敏度高，方法检出限为0.05~0.65 μg/kg之间，测定结果准确，加标回收率在92.0%~105%之间，重复性良好，适用于锂离子电池正极材料磷酸铁锂中磁性异物的测试。