การวิเคราะห์ก๊าซที่เกิดจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบโซลิดสเตตทั้งหมดโดยใช้อิเล็กโทรไลต์โซลิดที่ใช้ซัลไฟด์ | บันทึกการใช้งาน

บทนำ

การทำความเข้าใจก๊าซที่เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้เมื่อใช้งานนั้นถือเป็นการพิจารณาในแง่ของการบำรุงรักษาประสิทธิภาพและการควบคุมคุณภาพ การใช้แบตเตอรี่ทดลองที่สามารถสกัดก๊าซที่เกิดขึ้นภายในได้นั้น ทำให้สามารถระบุชนิดของก๊าซที่เกิดขึ้นและประเมินการเปลี่ยนแปลงในปริมาณก๊าซที่เกิดขึ้นได้ แม้ว่าจะแตกต่างจากสภาพแวดล้อมการทำงานจริงของแบตเตอรี่ซึ่งเป็นพื้นที่ปิดก็ตาม ในบทความนี้ เราจะเน้นที่ก๊าซที่เกิดขึ้นระหว่างการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมด และนำเสนอตัวอย่างการวิเคราะห์โดยใช้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลสาร

วิธี

เซลล์ทดลองที่สามารถจ่ายก๊าซและสกัดก๊าซที่เกิดขึ้นได้นั้นเชื่อมต่อกับเครื่องแมสสเปกโตรมิเตอร์เพื่อวัดก๊าซที่เกิดขึ้นหลังและระหว่างการชาร์จและการปล่อยก๊าซ ภาพการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ทดลองกับเครื่องแมสสเปกโตรมิเตอร์แสดงไว้ด้านล่าง ก๊าซชนิดต่างๆ ได้รับการระบุโดยใช้เครื่องแมสสเปกโตรมิเตอร์แก๊สโครมาโทกราฟประสิทธิภาพสูง JMS-T2000GC AccuTOF™ GC-Alpha และการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรก๊าซได้รับการวัดโดยใช้เครื่องแมสสเปกโตรมิเตอร์แก๊สโครมาโทกราฟ UltraQuad™ SQ-Zeta JMS-Q1600GC

การระบุชนิดของก๊าซที่เกิดขึ้นภายในเซลล์หลังจากการชาร์จและการระบายโดยใช้ JMS-T2000GC

ก๊าซที่เกิดขึ้นในเซลล์ถูกวัดด้วยความละเอียดมวลสูง และสเปกตรัมมวลที่สกัดได้ของจุดสูงสุดหลักจะถูกนำไปคำนวณองค์ประกอบโดยใช้มวลที่แน่นอน ดังที่แสดงด้านล่าง ซัลไฟด์ต่างๆ (H₂ส,ช₄เอส,ซี₂H₆S) ซึ่งเชื่อกันว่ามาจากอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง เช่นเดียวกับไอโอโดมีเทน (CH₃I) และอื่นๆ ตรวจพบในก๊าซหลังจากการชาร์จและการปล่อย นอกจากนี้ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) ได้รับการตรวจพบในส่วนประกอบต่างๆ ซึ่งบ่งชี้ถึงการเพิ่มขึ้นของปริมาณไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่เกิดขึ้นหลังการปลดปล่อย

การเปลี่ยนแปลงของก๊าซที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ระหว่างการชาร์จและการระบายประจุโดยใช้ JMS-Q1600GC

ผลลัพธ์ของการวัดแบบเรียลไทม์ของก๊าซที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ระหว่างการชาร์จและการคายประจุจะแสดงด้านล่าง กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงในปริมาณของไฮโดรเจนซัลไฟด์และมีเทนไอโอไดด์ที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ สำหรับไฮโดรเจนซัลไฟด์ ปริมาณจะลดลงอย่างมากทันทีหลังจากเริ่มการชาร์จ ตามมาด้วยการลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป จากนั้นจะเพิ่มขึ้นเมื่อเซลล์เปลี่ยนมาเป็นการคายประจุ สำหรับไอโอโดมีเทน ปริมาณไอโอดีนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทันทีหลังจากเริ่มการชาร์จ จากนั้นจะเพิ่มขึ้นทีละน้อย จากนั้นจะลดลงเมื่อเซลล์เปลี่ยนมาเป็นการคายประจุ ซึ่งแสดงพฤติกรรมตรงกันข้ามกับไฮโดรเจนซัลไฟด์

กิตติกรรมประกาศ

ผู้เขียนขอขอบพระคุณศาสตราจารย์ Atsunori Matsuda และนางสาว Reiko Matsuda จากภาควิชาวิศวกรรมสารสนเทศไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีโตโยฮาชิ สำหรับการจัดเตรียมตัวอย่างสำหรับการจัดทำ MSTips นี้

PDF (1610KB)