Los analizadores de baterías versátiles de AMETEK Scientific Instruments se están utilizando en entornos de producción e I+D aplicados donde permiten secuencias de prueba repetibles durante períodos de tiempo prolongados.
Tecnologías de vanguardia para cubrir todas las bases versus costo, rendimiento e innovación. Ese es el mantra del equipo de desarrollo de productos de Instrumentos científicos AMETEK (AMETEK SI), el fabricante estadounidense de sistemas de prueba especializados para estudios electroquímicos y caracterización de baterías. Si nos acercamos un poco, los puntos de referencia operativos son igualmente claros. En el centro se encuentra una combinación de clientes cosmopolita, que abarca investigación académica, investigación y desarrollo industrial y fabricación en volumen, además de una cartera electroquímica integral: cicladores de baterías, potenciostatos, galvanostatos, analizadores de respuesta de frecuencia y mucho más en términos de hardware y software auxiliares.
La alineación lo es todo, con los usuarios finales y los productos de AMETEK SI mapeados sincrónicamente en una amplia gama de aplicaciones de prueba y medición (sistemas de almacenamiento de energía, electroquímica física, ciencias de la corrosión, dispositivos biomédicos y materiales de estado sólido) y basándose en un conjunto de más de 100 años de liderazgo tecnológico en las tres marcas principales del fabricante: Princeton Applied Research, Solartron Analytical y Signal Recovery.
Rendimiento a lo largo del tiempo
Si esa es la historia de fondo, ¿qué pasa con el ahora y el futuro en la hoja de ruta de desarrollo? A corto plazo, la alineación de la innovación tecnológica con los requisitos cambiantes del usuario final subraya las últimas ofertas de productos de AMETEK SI: el SI-6200 y SI-9300R Cicladores de baterías para pruebas de investigación y producción de baterías avanzadas destinadas a aplicaciones en teléfonos móviles, PC, vehículos eléctricos (EV) y similares. En resumen, estos cicladores de baterías de alto rendimiento permiten a los investigadores y fabricantes comparar los méritos de nuevos materiales y químicas de baterías, con pruebas de ciclos repetibles que se ejecutan durante períodos de tiempo prolongados (de varias semanas a varios meses) para validar el rendimiento de la vida útil en múltiples coordenadas.
Como tal, los cicladores de baterías AMETEK SI permiten todo tipo de capacidades de prueba: corriente constante, voltaje constante (CC-CV); potencia constante (CP); resistencia constante (CR); voltametría cíclica (CV); así como una gama de esquemas de rampa de voltaje/corriente y de pulso rápido. También se incluyen modalidades de diagnóstico avanzadas, incluida la espectroscopia de impedancia eléctrica (EIS), una técnica no destructiva para el análisis del llamado "estado de carga" (SOC) y la detección temprana de fallas dentro de la batería; pruebas de ciclo de perfil de conducción urbana (formas de onda arbitrarias) para simular el entorno del mundo real experimentado por las celdas de batería en aplicaciones de vehículos eléctricos; y análisis de capacidad diferencial para rastrear el estado de salud (SOH) y los cambios estructurales en los materiales de la batería durante ciclos repetidos de carga/descarga.
El SI-6200, por su parte, está diseñado para probar materiales de baterías de próxima generación, supercondensadores y micropilas de combustible de hasta 200 mA/10 V por canal. Entre las características clave del analizador: funcionamiento autónomo mediante módulos apilables de 10 canales (o basados en gabinete); velocidades rápidas de adquisición de datos (miles de mediciones por segundo en todos los canales); y la incorporación de conversores de 24 bits de alta resolución (para permitir la detección temprana de pequeñas diferencias en el comportamiento de las células).
“Debido a la corriente relativamente baja por canal, el SI-6200 se centra principalmente en las pruebas de prototipos de pilas de botón y dispositivos de almacenamiento de energía a pequeña escala”, explica Massimo DeSantis, vicepresidente de división de AMETEK Advanced Measurement Technology (AMT), una unidad de negocio más amplia que incluye AMETEK SI. "Esta etapa inicial de desarrollo y prueba del dispositivo representa el 'punto óptimo' de la aplicación, aunque el ciclador también se puede utilizar en un entorno de producción".
Vale la pena señalar que la capacidad de EIS, anteriormente confinada a entornos de investigación académica, ahora está pasando a la investigación y desarrollo industrial y a las pruebas de producción. No es difícil ver por qué. Para empezar, EIS permite un análisis granular de resistencia, capacitancia e impedancia en diferentes frecuencias para rastrear la respuesta eléctrica de una batería. Estos conocimientos dependientes de la frecuencia arrojan luz sobre diversos problemas de rendimiento: reacciones secundarias, degradación de electrodos, envejecimiento de electrolitos y degradación de SOH, entre ellos.
Además, la EIS es una técnica no invasiva que se puede utilizar para in situ o monitoreo en tiempo real sin interrumpir el modo normal de operación de la batería. Esto es una gran victoria y significa que los fabricantes pueden implementar mediciones EIS en baterías en diferentes etapas de producción, asegurando consistencia en el rendimiento y detectando cualquier defecto o anomalía en las primeras etapas del proceso de fabricación (cuando la eficiencia del flujo de trabajo y la confiabilidad del dispositivo son esenciales).
Progresiones de poder
Por extensión, el SI-9300R ciclador de baterías: el “hermano mayor” del SI-6200 – está diseñado para probar baterías de alta potencia, pilas de combustible y electrolizadores de hasta 10 V/200 A. Como tal, cada canal del SI-9300R realiza las mismas funciones básicas que el SI-6200 – con capacidad EIS incorporada, aunque con características adicionales dirigidas a los desarrolladores de baterías para vehículos eléctricos y las denominadas baterías de “segunda vida” para vehículos eléctricos (que han llegado al final de su “vida útil como automóvil” conservando una capacidad residual de aproximadamente 70–80 %).
Al igual que su producto hermano, el SI-9300R es modular y escalable, con diferentes opciones de gabinete (42U y 24U) que se pueden controlar y monitorear a través de múltiples PC, mientras que se pueden conectar hasta cinco canales en paralelo para permitir pruebas de hasta 1000 A. “Estamos analizando aplicaciones en I+D industrial y, de hecho, en cualquier entorno de investigación dedicado a pruebas avanzadas de prototipos de baterías y pilas de combustible de alta potencia”, señala DeSantis.
Un aspecto clave de la SI-9300R es la implementación de la gestión de energía regenerativa que, según el equipo de producto, puede generar un ahorro de espacio hasta cinco veces mayor y un ahorro del 5 % en los costos de funcionamiento anuales en comparación con los cicladores de baterías convencionales. Sin este tipo de intervención activa, hay mucho calor que disipar cuando las celdas se descargan en múltiples canales, y eso significa espacio adicional para los sistemas de enfriamiento dentro del analizador. En el SI-9300RSin embargo, la energía se recircula internamente entre canales que se descargan y cargan simultáneamente.
Mientras tanto, la confiabilidad del sistema es una preocupación importante para los usuarios finales de equipos cicladores de baterías: el objetivo es realizar ciclos verdaderamente autónomos de esas secuencias de prueba de baterías. Teniendo esto en cuenta, tanto el SI-6200 y SI-9300R Confíe en la tecnología patentada Direct-to-Disk de AMETEK SI para garantizar un enfoque más seguro y sólido para la adquisición y el almacenamiento de datos. En pocas palabras: los datos del ciclador de batería se almacenan directamente en una unidad de disco (sin PC intermedia) para minimizar el riesgo de pérdida de datos.
Todo lo cual se ve reforzado por Aspire el software de energía – el “alma de los analizadores de baterías de AMETEK” – que proporciona un entorno de prueba totalmente integrado para la gestión de cicladores, cámaras climáticas, registradores de datos y equipos auxiliares. Dado que los equipos de desarrollo de productos a menudo están dispersos globalmente, las bibliotecas compartibles de Aspire permiten que todos los usuarios preconfiguren y compartan pruebas, gráficos y análisis de datos para garantizar la coherencia de los resultados.
Desde el punto de vista operativo, es significativo que AMETEK SI insista en desplegar ingenieros de campo capacitados por la empresa para respaldar la instalación, puesta en marcha y aceptación de sus cicladores de baterías en el laboratorio o instalación de pruebas del cliente. “Nuestras motivaciones son claras”, concluye DeSantis. "Se trata de priorizar un proceso de incorporación más fluido, una resolución más rápida de las consultas técnicas y un programa de capacitación que esté diseñado para ofrecer usuarios finales satisfechos en todo momento".
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/battery-cyclers-shedding-light-on-the-detail-of-electrochemical-materials-and-devices/
