Používání elektrických vozidel, nazývaných také EV vozidla nebo vozidla poháněná elektrickou baterií, soustavně rychle narůstá. Elektromobily jsou sice oblíbené pro své nižší emise, vyšší úsporu paliva a nižší náklady na údržbu, ale bezpečnost baterií stále zůstává problémem.
Lithium-iontové akumulátory, používané k pohánění EV vozidel a k napájení mnoha přenosných elektronických zařízení, se mohou, pokud jsou poškozeny nebo nejsou správně vyrobeny, přehřívat. Přehřívání akumulátoru může zapříčinit, že akumulátor začne hořet – nebo dokonce exploduje. Aby se předešlo tomuto riziku, platí pro lithium-iontové akumulátory po celém světě různé normy a kontrolní postupy.
Jedním z užitečných nástrojů používaných ke kontrole lithium-iontových akumulátorů je z hlediska bezpečnosti průmyslový mikroskop. Tento příspěvek popisuje, jak různé typy průmyslových mikroskopů podporují kontrolu lithium-iontových akumulátorů používaných v EV vozidlech.
Jak lithium-iontový akumulátor funguje?
Jednoduše řešeno, lithium-iontový akumulátor je dobíjitelná baterie, která generuje elektrickou energii na základě pohybu lithiových iontů. Čtyřmi základními součástmi lithiového akumulátoru jsou katoda, anoda, elektrolyt a separátor.
- Katoda je kladná elektroda (typicky oxid kovu), která je zdrojem lithiových iontů. Katodou je dána kapacita a napětí akumulátoru.
- Anoda je záporná elektroda (typicky grafit), která generuje elektrickou energii ukládáním a uvolňováním lithia přicházejícího z katody.
- Elektrolyt slouží jako vodič, který umožňuje pohyb lithiových iontů mezi anodou a katodou.
- Separátor je tenká oddělovací vrstva (např. membrána), která brání fyzickému kontaktu anody s katodou. Tato bariéra brání přímému toku elektronů (což je důležité pro zamezení zkratu), přitom však umožňuje průchod lithiových iontů drobnými otvory.
Když se lithiový akumulátor vybíjí, pohybují se lithiové ionty z anody na katodu. Proces vybíjení poskytuje elektrickou energii, kterou různá zařízení potřebují ke své činnosti. Při zapojení do napájení se pohyb náboje obrací – lithiové ionty se pohybují z katody na anodu.
Celkový výkon bateriového systému závisí na dobré funkčnosti bezpečnosti baterie. Bateriový článek, u kterého dojde ke zkratu, může způsobit vznik požáru, výbuch či jinou nehodu. Bezpečnost a funkční charakteristiky akumulátoru může ovlivnit také kontaminace nebo poškození akumulátoru, ke kterému dojde během výrobního procesu. Z tohoto důvodu je nezbytně důležité, aby v průběhu celého procesu výroby akumulátoru byly používány přísné kontrolní postupy.
Kontrolní postupy podporující bezpečnost a výkonnost lithium-iontových akumulátorů
Pracovníci kontroly musí během výroby lithium-iontových akumulátorů kontrolovat různé komponenty, zda jsou čisté a zda se na nich nevyskytují vady. To zahrnuje:
1. Kontrolu otřepů elektrodových desek
Zaprvé je důležité monitorovat otřepy elektrod v rámci výrobního procesu. Jsou-li otřepy elektrody příliš dlouhé, propíchnou membránu a způsobí zkrat. Aby se tomuto riziku zamezilo, je nutné otřepy elektrod pečlivě monitorovat a měřit. Dále může být výkonnost akumulátoru ovlivněna kvalitou membrány. Pracovníci kontroly musí membránu kontrolovat za účelem detekce povrchových škrábanců a dalších možných vad.
S těmito kontrolami mohou pomoci průmyslové mikroskopy. Pomocí našeho digitálního mikroskopu DSX1000 můžete:
- Provádět pozorování otřepů z více úhlů tak, abyste zřetelně viděli jejich stav a tímto způsobem se předešlo přehlédnutí jakékoli vady
- Měřit velikost otřepů
- Ke kontrole na přítomnost škrábanců a jiných vad na membráně použít techniku pozorování s diferenciálním interferenčním kontrastem (DIC)
Pozorování otřepu elektrodové desky pomocí digitálního mikroskopu DSX1000
2. Kontrola pouzdra akumulátoru a elektrodových desek
Poté, co se elektrody opatří povlakem a nařežou, se musí mikroskopicky změřit tloušťka elektrodové vrstvy.
Mikroskop DSX1000 nabízí možnost 3D skenování a měření, kterými lze provádět skutečně precizní měření. S těmito možnostmi můžete měřit tloušťku průřezu elektrodové desky, tloušťku jednotlivých vrstev desky a její úhel povrchu.
3D měření průřezu elektrodové desky
Pouzdro akumulátoru elektrodové desky je nutné podrobit také zkouškám technické čistoty, aby v součástech nebyl obsažen znečišťující kov. Pokud dojde k propíchnutí mezivrstev akumulátoru, mohou kovová vlákna způsobit v akumulátoru zkrat.
Pomocí našeho automatizovaného systému OLYMPUS CIX100 můžete kontrolovat technickou čistotu pouzder lithiových akumulátorů a elektrodových desek v reálném čase. Systém rychle pořizuje snímky znečištění, přitom současně klasifikuje jednotlivé znečišťující částice a měří jejich velikost. Protože systém detekuje odrazné (kovové) a neodrazné částice v rámci jednoho skenu, můžete přítomnost jakýchkoli kovových vláken zjistit okamžitě.
Po provedení kontroly systém vygeneruje protokol, splňující náležitosti dle příslušných předpisů, pouhým kliknutím na tlačítko. Výsledky jsou přesné a reprodukovatelné díky předem kalibrovanému systému, mechanické stabilitě a automatickému řízení.
Systém pro kontrolu technické čistoty OLYMPUS CIX100
Příklad kontroly technické čistoty na přítomnost vláken prováděné pomocí systému OLYMPUS CIX100
Mikroskopy a další nástroje pro zajištění bezpečnosti lithium-iontových akumulátorů
Výše uvedená použití demonstrují, jak důležitou roli hrají digitální mikroskopy a systémy na kontrolu technické čistoty při výrobě lithium-iontových akumulátorů. S kontrolou a řízením kvality mohou při výrobě lithium iontových akumulátorů pomoci i další průmyslové nástroje, jako jsou například laserové skenovací mikroskopy a ruční analyzátory s technologií rentgenové fluorescence.
Více se dozvíte v našem středisku zdrojů v sekci řešení pro výrobu lithium-iontových baterií.
Související obsah
Mikroskopové systémy pro výrobu lithium-iontových baterií
Měření drsnosti elektrod lithium-iontových akumulátorů
Role ručního XRF analyzátoru v dodavatelském řetězci vysokokapacitních lithium-iontových akumulátorů
Kontaktujte nás
