Litiumkennojen käyttäytyminen eri lämpötiloissa
Samuelsson, Mikko (2020)
Samuelsson, Mikko
2020
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020093020828
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020093020828
Tiivistelmä
Litiumpohjaisten kennojen tutkiminen on erityisen tärkeää, koska litiumioniakut ovat yksi eniten käytetyimmistä akkutyypeistä nykypäivänä.
Opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia litiumkennojen käyttäytymistä eri varaustasoilla ja erilaisissa lämpötiloissa. Tavoitteena oli selvittää miten lämpötila vaikuttaa kennon toimintaan ja kuntoon. Akkuja on pystyttävä käyttämään kaikissa mahdollisissa tilanteissa eli myös monessa eri lämpötilassa, joten kennojen käyttäytymisen selvittäminen ja ymmärtäminen on erityisen tärkeää.
Opinnäytetyöhön valittiin kolme erilaista kemiallista koostumusta sisältävää kennoa. Kennot edustavat kaikkein suosituimpia kemioita. Valitut kennot ovat litiumtitanaatti, litium-rautafosfaatti ja litium-mangaanioksidi.
Mittaukset suoritettiin kennoille kolmessa eri lämpötilassa. Ensin mitattiin kennot, jotka olivat huoneenlämmössä, seuraavaksi kennot lämmitettiin 60 °C:n ja lopuksi kennot jäähdytettiin −20 °C:n.
Kennojen kemialliset ominaisuudet muuttuivat huomattavasti viilennettynä, jolloin havaittiin myös selkeää kapasiteetin menetystä osassa kennoista. Lämmitetyissä kennoissa tapahtui myös huomattavaa muutosta kemiallisissa ominaisuuksissa.
Akkujen lämpötilan hallitseminen on tutkimuksen perusteella erittäin tärkeää, koska työssä selvitetyt lämpötilan muutokset vaikuttavat kennojen kemiallisiin ominaisuuksiin suuresti. Näiden tulosten perusteella odotettavissa on kennojen ominaisuuksien huomattavasti nopeampaa heikentymistä käytettäessä kennoja näissä lämpötiloissa. Lithium-based batteries are one of the most used battery types today, so it is very important subject to study how they behave in different conditions.
The purpose of this thesis was to investigate how lithium-cell behaviour changes in different temperatures and how quality and functionality is affected.
Three different cell chemistries were chosen for this thesis. These cells were from a lithium-titanite battery, a lithium iron phosphate battery and a lithium ion manganese oxide battery.
The measurements were conducted in room temperature, at −20°C and at 60°C.
The results showed significant changes in the electrochemical quality of the cells compared to cells in room temperature. These results show it is extremely important to keep operating temperatures at normal level to keep cell quality at maximum level.
Opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia litiumkennojen käyttäytymistä eri varaustasoilla ja erilaisissa lämpötiloissa. Tavoitteena oli selvittää miten lämpötila vaikuttaa kennon toimintaan ja kuntoon. Akkuja on pystyttävä käyttämään kaikissa mahdollisissa tilanteissa eli myös monessa eri lämpötilassa, joten kennojen käyttäytymisen selvittäminen ja ymmärtäminen on erityisen tärkeää.
Opinnäytetyöhön valittiin kolme erilaista kemiallista koostumusta sisältävää kennoa. Kennot edustavat kaikkein suosituimpia kemioita. Valitut kennot ovat litiumtitanaatti, litium-rautafosfaatti ja litium-mangaanioksidi.
Mittaukset suoritettiin kennoille kolmessa eri lämpötilassa. Ensin mitattiin kennot, jotka olivat huoneenlämmössä, seuraavaksi kennot lämmitettiin 60 °C:n ja lopuksi kennot jäähdytettiin −20 °C:n.
Kennojen kemialliset ominaisuudet muuttuivat huomattavasti viilennettynä, jolloin havaittiin myös selkeää kapasiteetin menetystä osassa kennoista. Lämmitetyissä kennoissa tapahtui myös huomattavaa muutosta kemiallisissa ominaisuuksissa.
Akkujen lämpötilan hallitseminen on tutkimuksen perusteella erittäin tärkeää, koska työssä selvitetyt lämpötilan muutokset vaikuttavat kennojen kemiallisiin ominaisuuksiin suuresti. Näiden tulosten perusteella odotettavissa on kennojen ominaisuuksien huomattavasti nopeampaa heikentymistä käytettäessä kennoja näissä lämpötiloissa.
The purpose of this thesis was to investigate how lithium-cell behaviour changes in different temperatures and how quality and functionality is affected.
Three different cell chemistries were chosen for this thesis. These cells were from a lithium-titanite battery, a lithium iron phosphate battery and a lithium ion manganese oxide battery.
The measurements were conducted in room temperature, at −20°C and at 60°C.
The results showed significant changes in the electrochemical quality of the cells compared to cells in room temperature. These results show it is extremely important to keep operating temperatures at normal level to keep cell quality at maximum level.