天天看片永久免费播放_超清无码影视在线资源站_色色五月天激情免费电影_不卡在线观看无码

本文引用的案例均為使用HEL設備得出的研究成果并已公開發(fā)表！

1 絕熱加速量熱儀

絕熱加速量熱儀（Accelerating Rate Calorimeter）是一種用于危險品評估的新型熱分析儀器。在化工反應、工藝放大過程中通過對絕熱條件下化學反應的時間-溫度-壓力等數(shù)據(jù)的測試及分析評估工藝過程安全條件及避免因反應失控而導致的危害。通過測試可發(fā)現(xiàn)失控反應的開始和嚴重度，識別反應過程的關鍵環(huán)節(jié)，從而為安全評估及新工藝方案（如試劑累積、催化劑效率、反應熱動力學）的設計提供可靠的數(shù)據(jù)。

2 工作原理

絕熱過程（adiabatic process）是指任一系統(tǒng)與外界無熱量交換時的狀態(tài)變化過程，是在和周圍環(huán)境之間沒有熱量交換或者沒有質(zhì)量交換的情況下，一個系統(tǒng)的狀態(tài)的變化。

在實驗測試中，它是將樣本所處的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)到與樣本本身的溫度相同的溫度來實現(xiàn)。此時樣本及環(huán)境溫度之間沒有溫差，從技術層面實現(xiàn)了系統(tǒng)的熱動態(tài)密閉，即測試樣本內(nèi)的任何熱量變化必然是其內(nèi)部化學反應過程所導致。這是對反應過程中時間、溫度、壓力等參數(shù)的監(jiān)測及分析即可得整個反應過程及樣本的狀態(tài)變化，通過分析可對其進行相應的安全評估或方案優(yōu)化設計。

3 應用方向

絕熱加速量熱儀在科研及生產(chǎn)上有著廣泛的應用：

?化工反應過程安全評估

?電池的熱安全評估

應用標準：

?USABC SAND99-0497, July 1999: 3.2 Thermal Stability Tests

?SAE J2464-R2009: 4.4.2 Thermal Stability Tests

?FreedomCAR SAND 2005-3123: 4.1 Thermal stability

?ASTM E1981-98(2004)?GB 38031-2020電動汽車用動力蓄電池安全要求

?GB/T 36276-2018 電力儲能用鋰離子電池

表1 絕熱量熱儀在電池檢測方面的應用

4 應用實例

使用BTC-130和BTC-500對大尺寸鋰硫袋裝電池的熱失控行為進行研究，評估其安全。

BTC工作原理：加熱-搜索-等待（Heating-Waiting-Search，HWS）階梯式循環(huán)升溫。實驗時，把準備好的試樣容器在絕熱條件下加熱到預先設定的初始溫度，并經(jīng)一定的待機時間（常為5-10min）以使之達成熱平衡，然后觀察其自反應放熱速率是否超過設定值（通常設為0.02℃/min）。未檢出放熱時，把試樣溫度提高一個臺階，一般為5-10℃，如上經(jīng)過待機時間后再檢查其放熱情況。如此按同樣的步驟反復階梯式探索若干次，一旦檢知開始放熱，實驗系統(tǒng)自動進入嚴密的絕熱控制，并按規(guī)定時間間隔記錄下時間、溫度、放熱速度和壓力等數(shù)據(jù)。反應到自放熱速率低于設定值后，便由此溫度開始再次進入階梯式探索。

圖1 加熱-搜索-等待（Heating-Waiting-Search，HWS）階梯式循環(huán)升溫

圖2 電池熱失控反應示意圖

(Thermal runaway routes of large-format lithium-sulfur pouch cell batteries, Lang Huang, Tao Lu, Gaojie Xu, etc. 20 April 2022, Joule, CellPress，Elsevier)

從材料層面研究Li-S袋式電池的熱失控行為，史無前例地發(fā)現(xiàn)，熱失控的途徑從陰極誘導的反應開始，然后被陽極的反應加速。此外，溶劑蒸發(fā)被證實在熱失控期間主導了壓力的增加。此外，采用不同熱穩(wěn)定性的電解質(zhì)的Li-S電池，甚至是無機的所有固態(tài)電解質(zhì)，都會在狹窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生快速熱失控，這是因為硫磺陰極和鋰金屬陽極的內(nèi)電解質(zhì)在高溫下發(fā)生了升華、熔化和交叉反應。

圖3 Li-S電池的熱失控特征

(A) 完全充電和放電的1.5Ah Li-S袋狀電池的HWS曲線（插圖是BTC內(nèi)部熱失控過程中拍攝的照片）；

(B) 釘子穿透測試下的Li-S袋裝電池的溫度和電壓曲線；

(C) 電池元件的穩(wěn)定性和循環(huán)電解液與電極的相容性；

(D) 電池組分的穩(wěn)定性和原始電解質(zhì)與電極的相容性；

(E) 循環(huán)前后電解液的顏色變化和拉曼光譜；

(F) 采用原始電解液/新鮮電極、循環(huán)電解液的重組錯位袋狀電池的HWS曲線。

圖4 電池熱失控后產(chǎn)生的氣體及壓力變化

(A) BTC-MS在線氣體測試系統(tǒng)的示意圖。在BTC的加熱-等待-搜索試驗中，電解質(zhì)；(B) 電解質(zhì)/陰極、(C) 電解質(zhì)/陽極、(D) 壓力增加曲線隨測試時間的變化情況，Ptr、Pug和Pmax分別表示熱失控點的壓力值、不凝性氣體的壓力值和測試期間的壓力峰值；(E) 電解液/陰極、(F) 電解液/陽極、(G) 熱等待-搜索試驗后由MS確定的不凝性氣體種類和百分比。氣體的產(chǎn)生主要包括蒸汽溶劑二乙二醇二甲醚（DOL）/二氧戊烷（DME）和來自電解質(zhì)和添加劑分解的氣體種類（CHX、COX、NOX等），以及它們與電極的反應。因此，電解質(zhì)的含量在影響氣體和壓力建立的過程中肯定起著重要作用。

在加熱過程中，由于醚類溶劑的汽化，電解質(zhì)顯示出穩(wěn)定的壓力增加，內(nèi)部壓力達到72bar的峰值（Pmax）。在冷卻過程后，試驗腔內(nèi)只剩下不凝性氣體，Pug（不凝性氣體壓力）為20bar（圖4B），確定主要是C2H4和CH4（圖4E），主要由鋰鹽和溶劑的降解產(chǎn)生。然而，在高溫下，壓力迅速增加到136bar，表明大量的氣體，包括CH4、CO2、C2H4和H2S，是由以硫為主的陰極與電解質(zhì)反應產(chǎn)生的（圖4C和4F）。Ele/An在高溫下也表現(xiàn)出快速的壓力增加率，Pmax為120bar（圖4D），同時伴隨著大量的生成CH4和H2的百分比（圖4G）。

圖5 不同Li-S電解質(zhì)的熱失控反應

(A) 原始的和循環(huán)的TEGDME基電解質(zhì)在BTC測試下的熱穩(wěn)定性；

(B) 采用TEGDME電解質(zhì)的1.5 Ah袋裝電池的HWS圖；

(C) 帶有陰極和陽極的固態(tài)電解質(zhì)的熱相容性；

(D) 全固態(tài)鋰-S電池的熱失控測試。

在絕熱的HWS測試中，100%和0% 充電狀態(tài)的1.5 Ah Li-S袋裝電池都出現(xiàn)了劇烈的熱失控現(xiàn)象。分解材料的兼容性研究表明，自熱從陰極側開始，在陽極側大大加速，這與傳統(tǒng)的LIBs不同。譜系分析顯示，二乙二醇二甲醚（DOL）/二氧戊烷（DME）和與硫磺物種的相互作用主要負責觸發(fā)自熱的開始。低沸點醚類溶劑的沸騰被證明對熱失控期間的袋式電池物理故障構成了巨大的影響，而電池膨脹隨之誘發(fā)了外部氧氣的參與，加劇了產(chǎn)生的可燃氣體的燃燒。更重要的是，實驗證明了硫磺陰極和鋰金屬陽極的內(nèi)在熱性質(zhì)在決定Li -S電池的熱失控行為方面起著決定性的作用。采用不同熱穩(wěn)定性的電解質(zhì)的Li -S電池，甚至是無機的全部固態(tài)電解質(zhì)，都會在一個接近和狹窄的溫度范圍內(nèi)迅速發(fā)生熱失控，這是由于不可避免的熔化引起的硫陰極和鋰陽極的短路造成的。

5 HEL設備

HEL資深的量熱技術專家、化學家和分線評估咨詢師經(jīng)過多年努力，將1970年代晚期陶氏化學基于絕熱量熱原理的加速絕熱量熱儀設備的技術性能推進到一個新的高度。HEL持續(xù)地致力于將其熱危害評估和化學反應研究經(jīng)驗注入其遠比傳統(tǒng)加速絕熱量熱儀更精良的專業(yè)化Phi-TEC系列BTC設備，為客戶提供一系列的高性能絕熱安全工具。

圖6 Phi-TEC系列BTC設備

6 典型客戶

采用HEL設備的部分客戶：

END 

H.E.L致力于工藝篩選優(yōu)化、反應量熱和絕熱加速量熱在反應過程安全和反應放大中的解決方案

HEL Group

英國H.E.L致力于為客戶提供專業(yè)的反應過程篩選、工藝開發(fā)、過程優(yōu)化以及反應危害評估的科學儀器及最新技術服務。