Düşük Sıcaklık Operando Deneyleri İçin Madeni Para Hücresi Batarya Odası Tasarımı

Dünya giderek elektriklendikçe, piller cihazlarımızı enerji sağlamada kilit bir rol oynuyor. Elektrikli araçlarımızı güçlendirmekten, şebeke seviyesinde yenilenebilir enerji kaynakları için enerji depolama sağlamaya kadar, çok çeşitli iklimlerde yüksek performans sergileyen piller geliştirmek giderek daha önemli hale geliyor. Soğuk hava koşullarında pil performansı genellikle düşer, bu da düşük sıcaklık batarya araştırmalarına odaklanan daha fazla araştırma gerektirir.

Ancak, ticari olarak mevcut düşük sıcaklıklı pil döngü ekipmanları genellikle pahalıdır ve bu çalışmaların, ortam dışı deneylere odaklanmayan araştırma tesislerinde yapılmasını engeller. Burada, montajı kolay ve hızlı uygulanabilen, daha fazla düşük sıcaklık pil araştırması yapılmasına olanak tanıyan, maliyet etkin ve basit bir sıcaklık odası tasarımını rapor ediyoruz. Bu tasarım, düşük nem koşullarında dört adet 2032 coin hücresine güvenilir sıcaklık sağlayarak korozyon ve yoğuşma sorunlarını azaltmayı sağlar.

Bu protokolde, odanın nasıl kullanılacağını göstermeden önce odanın üretiminin ana adımlarından geçeceğiz. Ek talimatlar tam metinde verilmiştir. İlk olarak, PLA ile tüm ek STL dosyalarını 3D yazdırmak, chamber ve chamber kapak dosyaları hariç.

İkinci olarak, asetol reçine bloğunu verilen boyutlara göre öğütün. Ana hazma ve kapağı oluşturmak için CNC veya manuel frezeleme makinesi kullanıyoruz; bu, odanın ve odanın kapağının ek dosyalarını gösteriyor. Ayrıca ısı emicileri boyutuna göre kesin ve delik düzenleme dosyasına göre delikler aç.

Artık makine atölyesi gerektiren tüm parçalara sahip olmalısınız. Dört pil tutucusunu pil kablo kaydırıcı üzerinden geçirin ve ardından kapağın içinden geçirin. Her bir pil tutucu sekmesinin açık konumda olduğundan emin olun.

Şekil 2'deki tüm kabloları termoelektrik modüller ve 12 voltluk fanlar hariç bağlayın. Bunlar daha sonra bağlanacak. 12 voltluk ve toprak hatlarını güç kaynağına 2 telli konnektöre lehimleyin.

Contaları, önce bir kesme aleti ve conta jigiyle kesilerek iki conta yapılarak oluşturulur. Hafif basınç uygulayın, böylece contanı jigin altından çekip çok fazla kesmeyin. Contanı, ana hazmenin yan ceplerinden birine yerleştirin, böylece cepte düz kalsın.

Termoelektrik modül tellerini, ana odadaki yan deliklerden geçirin, termoelektrik modüllerin numaralı soğuk tarafı odaya bakacak şekilde yerleştirin. Termoelektriksel numarasız sıcak tarafa ince ama tam bir termal yağ tabakası uygulayın. Termoelektrik modülün dışındaki odaya ince bir silikon halkası uygulayın.

Ana odanın üstüne dikkatlice bir ısı alıcısı yerleştirin. Isı emicileri ana odaya vidalanarak silikonu sıkıştırın. Bu, hava geçirmez bir sızdırmazlık oluşturur.

Fazla silikonu çıkarın. Her iki tarafta da tekrarlayın. Kapağı ve termokuplları hazneye kaydırdıktan sonra, iki 12 voltluk fanı ısı alıcılarının her iki yanına yerleştirin.

Isı emicilere üfleyecek şekilde yönlendirin. Fanları yerine sıkmak için üç uzun zip bağ kullanın. Anahtar montajı ve protoboard montajını, ısı emici kelepçesi baskılarına anında yapıştırıcı ile yapıştırın.

Montajları soğutucuların üst sırasına kaydırın. Protoboard, açma-kapama anahtarı, kontrolcü ve yalıtımlı malzemeyi montaj yerlerine yerleştirin. Kabloları düzenledikten sonra, termoelektrik modüller ve 12 voltluk fanlar için bağlantıları lehimleyin.

Kamera artık tamamen monte edilmiştir. Odayı uygun sıcaklığa soğutmak için, manuel açma-kapama düğmesiyle termoelektrik modülleri kapatın. Kontrolciyi soğutma moduna ayarlayın.

İstenen sıcaklığı 0 derece Celsius ve kapatma farkını 0.1 derece Celsius olarak ayarlayın. Aşırı aşırı ısınmayı veya aşırı soğumayı önlemek için sıcaklık aralığını eksi 55 ila 24 derece Celsius olarak ayarlayın. Veri kaydetme termokuplunu termometreye bağlayıp odayı buzdolabına yerleştirdikten sonra açma-kapama düğmesini tekrar açın.

Odası artık kullanıma hazır. Pil eklemek veya çıkarmak için hazneyi açmak için kapağın cıvatasının altına bir tornavida yerleştirin. Dış kenarı dayanak olarak kullanarak tornavida kolunu aşağıya bastırın.

Kapağı gevşedikten sonra elinizle çıkarıp düz bir yüzeye veya verilen 3D baskılı kapak tutucuya koyup geçici bir kapakla değiştirin. Değiştirmek istediğiniz pil tutucularını açın ve madeni para hücresini tutucuya yerleştirin. Geçici kapağı ve ardından silika jel paketini kameranın içindeki kısmı çıkarın.

Nemi bir bezle silin ve ekstra nemi emmek için silika jel paketini haznedeki yerine koyun. Ana kapağı değiştirin. Odanın içinde sıcaklığın yeniden dengelenmesi iki saate kadar sürebilir.

Odanın sabit 0 derece Celsius sıcaklığı koruma güvenilirliğini değerlendirmek için performansı üç şekilde test edildi. İlk olarak, odadaki sıcaklık gradyanlarını ölçmek için otomatik bir sıcaklık veri kaydlayıcısı kullandık. Odadaki sıcaklık değişimi tutarlıydı ve sadece 4 derece Celsius olarak değişiyordu.

İkincisi, yeni monte edilen odanın sıcaklık stabilitesi bir gün boyunca izlendi ve bu da 13 derece Celsius sıcaklık değişimini korudu. Uzun vadeli performansı test etmek için, cihazı yedi ay kullandıktan sonra bir haftalık ölçüm yapıldı ve bu ölçüm biraz azalmış 75 derece Celsius gösterdi. Son olarak, dört lityum-iyon 2032 coin hücresi üç ay boyunca 100 kez çalıştırıldı.

Döngü verileri, bu deney boyunca tutarlı performans ve düşük gürültü göstermektedir. Bu sonuçlar, odanın sabit sıcaklığı koruyabildiğini ve düşük sıcaklıkta elektrokimyasal döngü deneylerinin güvenilir şekilde yapılmasını sağladığını göstermektedir. Burada, düşük nem ortamında 2032 coin hücreleri için maliyet etkin düşük sıcaklıkta pil döngüsünü mümkün kılan basit bir tasarım sunduk.

Performans testi, bu cihazın uzun vadeli güvenilir performans sergilediğini, sıcaklık değişimlerinin bir derece Celsius'tan daha düşük olduğunu göstermektedir.