Litiumpolymeeriakkukennojen ominaisuudet hydrostaattisessa paineessa

Abstract

Litiumpolymeeriakkukennoja käytetään yleisesti liikuteltavien laitteiden voimanlähteenä. Litiumpolymeerikennoilla on nykyisistä akkuteknologioista paras teho-painosuhde ja teho-tilavuussuhde. Siksi niitä kannattaa käyttää myös sukellusrobottien akustoissa. Tässä työssä tutkitaan litiumpolymeeriakkukennojen ominaisuuksien muuttumista, kun ulkoista painetta nostetaan aina 70 MPa:iin saakka. Päätavoitteena on selvittää, miten kennojen kapasiteetti muuttuu ulkoisen paineen kasvaessa.

Työssä on kaksi osaa. Ensimmäinen osa on kirjallisuusselvitys, joka kertoo litiumkennojen historiasta, toimintaperiaatteesta ja käyttökohteista. Selvitys on jaettu yleiseen litiumionikennoja käsittelevään osuuteen ja erityisesti litiumpolymeerikennoja koskevaan osuuteen. Työn toinen osa kertoo tehdystä tutkimuksesta. Tutkimusosan alussa esitellään mitattavat parametrit, tutkimukseen tilatut kennotyypit ja mittalaitteisto. Litiumpolymeerikennoja esisyklitettiin vähintään 3 kertaa, minkä jälkeen suoritettiin varsinaiset painekokeet. 5:n eri kennotyypin varaustila, jännite ja sisäimpedanssi mitattiin 16,6 MPa:n, 33,3 MPa:n ja 50,0 MPa:n paineessa. Kennot purettiin 3,2 V:iin ja ladattiin 4,2 V:iin, joten 1 paineaskel sisälsi yhden purku-lataussyklin. Jokaiselta viideltä kennotyypiltä 1 kennoyksilö kävi läpi kaikki paineaskeleet. Jokaisen kennotyypin toinen yksilö ainoastaan purettiin tyhjäksi 50,0 MPa:n paineessa.

Saadut tutkimustulokset osoittavat, että litiumpolymeeriakkukennot toimivat 50,0 MPa:n paineessa ilman painekotelointia. Kennojen kapasiteetti laskee 62,5 %:iin – 97,3 %:iin valmistajan ilmoittamasta. Ulkoisella paineella on yhteys kennon kapasiteetin laskemiseen, mutta suurempi vaikutus on todennäköisesti pitkällä varastointiajalla. Tulosten perusteella suuremmalla purkuvirtakertoimella ja kapasiteetilla olevat kennot kestävät paremmin ulkoista painetta. Joillakin kennotyypeillä sisäimpedanssi korreloi selvästi varaustilan kanssa, mutta useimmilla ei. Lisäksi havaittiin mahdollinen yhteys aiemman lämpökuormituksen ja kapasiteetin laskun välillä.