Harjoitustyö litiumioniakuista

Transkriptio

1 Harjoitustyö litiumioniakuista Energian varastointi on eräs suurista haasteita uusiutuvan energian käytön lisääntyessä. Keveytensä ansiosta litiumioniakut ovat yleistyneet nopeasti hybridiautojen energiavarastoina. Lisäksi niitä käytetään kannettavissa laitteissa kuten kännyköissä ja tietokoneissa. Työssä tutustutaan litiumioniakkuihin ja akkututkimukseen. Siinä pohditaan mm. seuraavia kysymyksiä: Miksi, miten ja millaista akkututkimusta tehdään? Mitä kemikaaleja litiumioniakku sisältää? Millaisia turvallisuustoimenpiteitä liittyy akkujen käsittelyyn? Millaisia sähkökemiallisia tutkimusmenetelmiä akkujen testauksessa yleisimmin käytetään Työn aikana kukin ryhmä kokoaa itse litiumioniakun ja perehtyy akun toiminnan mittaamiseen. 9/26/2016 1

2 Ohjaajien yhteystiedot Nimi s-posti huone Olli Sorsa C239 Jussi Nieminen Taina Rauhala C242b Tanja Kallio C213 2

3 Miksi litiumioniakut? Kevyitä, korkea energiatiheys ei muistiefektiä vähäinen itsepurkautuminen Kehitystyö Materiaalit: katodi, anodi, elektrolyytti Akun valmistusprosessi Akunhallintajärjestelmä (battery management system) Käyttöikä Hinta Turvallisuus Ympäristöystävällisyys 3

4 Mikä on litiumioniakku? e V e Negatiivielektrodi Li + Li + Positiivielektrodi Elektrolyytti 4

5 Materiaalit: positiivielektrodi e V e CoO 2 Li Negatiivielektrodi Li + Li + Positiivielektrodi O Li Fe P Elektrolyytti

6 Materiaalit: negatiivielektrodi Li V C 6 O Li Li/Ti Negatiivielektrodi Li + Li + Elektrolyytti Positiivielektrodi 6

7 Materiaalit: elektrolyytti V Negatiivielektrodi Li + Li + Positiivielektrodi Litiumsuola orgaanisessa liuottimessa Etyleenikarbonaatti LiPF 6 Dimetyylikarbonaatti Elektrolyytti Etyylimetyylikarbonaatti 7

8 Kaupalliset litiumioniakut - Litiumioniakkutyypit - Rakenne - Sylinteri (pienet kennot) - Prismaattinen (suuret kennot) Positiivielektrodi Negatiivielektrodi calindrical.en.ec21.com Separaattori Kennopakka - Yksittäisiä kennoja kytketään sarjaan ja/tai rinnan moduuliksi, moduulit muodostavat akuston - Käyttöä ohjaa akunhallintajärjestelmä BMS (Battery Management System) 8

9 Kaupalliset litiumioniakut - Valmistusprosessi 1. Elektrodien valmistus - Aktiivinen aine, sideaine, johtavuushiili, liuotin elektrodipasta - Pinnoitus 2-puoleisesti alumiini- tai kuparifoliolle - Kalanterointi - Elektrodia puristetaan kovalla voimalla ( mankeloidaan ) - Kuivaus (T > 100 o C, vakuumi)

10 Kaupalliset litiumioniakut - Valmistusprosessi 2. Kennokokoonpano - Erillisessä kuivahuoneessa (suhteellinen kosteus ~ 0,5 %) - Kennopakan kokoaminen - Positiivielektrodi, separaattori, negatiivielektrodi, separaattori jne. - Kennopakka sylinterikuoreen/pussiin - Elektrodien alumiini-/kuparifolioihin hitsataan kiinni ulkoiset kontaktit (akun navat) - Elektrolyytin lisääminen - Kennon sulkeminen kaasutiiviisti - Voidaan tuoda ulos kuivahuoneesta Positiivielektrodi Negatiivielektrodi Separaattori Kennopakka

11 Kaupalliset litiumioniakut - Turvallisuusnäkökulmat

12 Työn kulku 1) Elektrodin valmistus (C143 ja C142) Valmiin slurryn sekoitus dispergaattorilla Pinnoitetaan alumiinifolio slurryllä Leikataan elektrodeja El-Cell El-Cut -leikkurilla Punnitaan elektrodit ja alumiinifolion massa 2) Nappikennon kasaaminen (C210) Elektrodi / separaattori / elektrodi + elektrolyytti 3) Kennon testaus ja tulosten tulkinta (C210) Kennon jännite Galvanostaattinen syklaus 12

13 Työturvallisuus laboratoriossa Käytettävät kemikaalit Slurry, jolla pinnoitetaan alumiinifolio Vesi (H 2 O) Akryyli Hiili (C) Litiumtitanaatti (Li 4 Ti 5 O 12, kaupallinen) Nappikennon kasaaminen hanskaboksissa Ar-ilmakehässä Kuori (pohja ja kansi, ruostumatonta terästä) Tutkittavat elektrodit, jossa aktiivisina materiaaleina Li 4 Ti 5 O 12 ja LiCoO 2 Lasikuituinen separaattori Elektrolyytti 1M LiPF 6 etyleenikarbonaatin ja dimetyylikarbonaatin (EC:DMC) seoksessa 13

14 Raportit Palautus MyCourses:n kautta viimeistään kahden viikon kuluttua työn tekemisestä Ohjeistus MyCourses:n Laboratoriotyöt - sivulla Laitoksen nimi 9/26/