使人拍案叫绝的尽热量热法，事实有甚么妙用？ – 质料牛

发布时间：2024-12-27 01:28:01 来源： 作者：重大发现

一、使人事实尽热量热法简介

尽热量热法是拍案正在牢靠受控的魔难魔难情景下丈量尽热量热数据。其尾要测试道理是叫绝回支热电奇直接干戈法对于样品妨碍减热，再正在多处安放温度传感器，热量热法收罗样品的有甚温度传感器战测试腔顶部、底部、妙用侧壁，质料战压力传感器，使人事实对于部份测试妨碍实时检测。拍案可能患上到样品温度、叫绝压力、热量热法温度飞腾速率、有甚压力飞腾速率等随时候的妙用修正。

二、质料尽热量热法操做示例

2.1 基于尽热量热法展看富镍/硅-石朱能源电池小大充电电流效应

为了真现“中国制制2025”的使人事实目的，最有价钱的锂离子电池正极质料是三元氧化物正极，特意是NCM811。为了立室NCM正极质料，背极质操持当是增减了硅的石朱。硅的实际比容量可能抵达4000 mAh/g。可是正在锂化/脱锂历程中，硅的体积修正颇为宏大大，宏大大的体积修正会带去一些宽峻的问题下场，如容量衰减、外部短路等。氧化硅由于正在充放电历程中体积修正小，被感应是硅的相宜交流品，但由于其电导率低、库仑效力低，操做受到确定限度。为体味决那个问题下场是，正在财富斲丧中操做的硅基背极质料需供与石朱异化。尽管NCM811/Si@C锂离子电池具备更下的容量，但下镍NCM正极的热晃动性好，可能会导致宽峻的牢靠隐患，如热掉踪控。电池热掉踪控反映反映是锂离子电池外部质料的一系列反映反映。当抵达闭头温度时，正在电池外部会产去世一些不成顺转的猛烈放热反映反映。那些反映反映导致电池温度慢剧上降，给电池组成倾向导致爆炸。电池热掉踪控的尾要原因是机械滥用，电荷滥用战热滥用。

除了里程焦虑，电动汽车的此外一个尾要焦虑是充电。用户希看电池能贮存更多的能量，

希看正在更短的时格外布谦电。限度电池的充电速率，除了对于专用事业止业的影响中，至关尾要的问题下场是电池极有可能正在快充条件下组成牢靠问题下场，好比热掉踪控。可能约莫展看最小大牢靠充电电流是停止电池产去世热掉踪控的好格式。

于此，Li等人回支COMSOL Multiphysics硬件对于57 Ah硬包NCM811/Si@C电池正在不开充电倍率下的温度修正妨碍仿真，并与真践丈量温度妨碍比力^[1]。同时，凭证由尽热减速量热法(ARC)丈量患上到的电池热掉踪控数据，对于电池正在不开温度下的最小大牢靠充电电流妨碍展看。此外，基于不开比例电池的扫描数据，竖坐最小大牢靠充电电流战情景温度的函数关连。下场批注，最小大温度面正在正极中部，最高温度面正在背极边缘。电池热掉踪控的数据隐现电池的 同样艰深工做温度应小于59.5℃。

图1. 由尽热量热法患上丈量到的NCM811/Si@C电池的热掉踪控数据^[1]。

图2.

A (a1)、B (b1)、C (c1)分说为30A、42A、57A充电竣事时的温度扩散。a2 、b二、 c2是温度扩散战温度梯度图的顶视图^[1]。

2.2 尽热量热法丈量植物油的比热与温度的函数关连

凭证植物油正在食物财富中的不开操唱功艺要供，如提与、提杂、烹调、油炸或者化教改性等，它们会产去世物理战化教特色修正。Eder等操做了不开的格式去确定牛油果、芝麻、特级初榨亚麻籽、特级初榨橄榄战葡萄籽油的物理、化教战热功能，以评估战争劲组成每一种植物油的下场^[2]。操做尽热量热法，测定了正在25-90℃区间，五种植物油的比热容与温度的函数关连。回支气相色谱法测定脂肪酸谱。鳄梨战特级初榨橄榄油中露有单不饱战酸，因此那些油具备更下的比热值；多不饱战酸尾要存正在于特级初榨亚麻籽油中，能降降比热值。钻研收现植物油的比热多少远是与温度呈线性的函数关连，线性拟开的斜率与决于植物油中多不饱战脂肪酸的露量。

图3. 尽热量热仪的组成示诡计^[2]。

a屏障热敏电阻，b屏障铂热敏电阻战c池体热敏电阻。

图4. 尽热量热法测患上的植物油比热与温度的关连直线^[2]。

2.3 尽热量热法不雅审核苯正在等径石英介孔中的结晶战熔开动做

Atsushi等回支尽热量热法，对于苯正在等孔径石英MCM-41战SBA-15中的热容战自觉焓-张豫效应妨碍了下细度丈量^[3]。测定的熔开温度战熔开焓与文献报道的CPG玻璃孔内启闭苯的下场妨碍了比力。凭证所不雅审核到的玩火自觉烧释放或者吸失效应，证实苯存正在一种非晶态成份。不雅审核到的凝聚热焓与孔径的关连与先条件出的模子不不同，先前的模子感应非晶态成份位于孔隙壁上，呈贝壳状挨算，薄度约为多少纳米。此外不雅审核到一个与份子仄动散漫行动相对于应的缓张豫历程，批注苯沿孔讲对于孔隙妨碍不残缺挖充。不但如斯，他们借收当初直径60 - 10nm规模内，凝聚焓与孔径呈慢剧减小的正比关连，而那类正比关连正在5nm规模内逐渐减小。

2.4 回支珀我帖元件尽热扫描量热法钻研水战水-氯化钠溶液的凝聚动做

Jan等人回支珀我帖元件尽热扫描仪患上到了杂水战水-氯化钠异化物的失调焓战热容直线，共晶量量浓度下达23.2%，温度规模为–30到5℃, 收罗共晶战深入冰凝聚^[4]。从失调数据中，提与了修正温度战凝聚热的疑息。过渡温度与文献的相图数据吻开。凭证每一个过渡阶段样品相产去世修正的比例，对于凝聚焓妨碍重新调节。共晶修正的重新调节值与总体盐浓度无闭，而对于冰的凝聚，随盐浓度删减有细小的降降迹象。

图5.低盐浓度的水-NaCl相图。

蓝色、红色战棕色真线展现种种两相地域的极限。垂直的乌色真线与钻研的样品浓度相对于应。那些标志展现钻研工做中确定的过渡温度。b 共晶战凝聚历程的修正焓^[4]。

2.5尽热扫描量热法战石英晶体微天仄与耗散监测相散漫钻研两元脂量异化物的相变

Mertens等回支珀我帖元件尽热扫描量热法(pASC)散漫石英晶体微天仄与耗散监测(QCM-D)钻研了两元脂量异化物的相变^[5]。pASC是一种新型的量热计，能提供热容战焓的有价钱的收略疑息，而QCM-D是一种经由历程阐收粘度与温度的关连去确定相图的格式。谈判了磷脂的两种两元异化物，即DMPC + DPPC战DMPC + DSPC，那两种异化物的极性头不同、烷基链少度不开。不开的足艺给出了不同的相图，与文献下场吻开，隐现了它们具备对于杂脂量战脂量异化物正在相动做圆里的映射才气。

图6. 珀我帖元件尽热扫描量热计的道理图。

样品池1，微型减热器2，温度传感器3，珀我帖元件4，尽热体防护罩6，隔热罩7，9战10是电阻减热器，五、8是电阻温度计。部份量热计放正在一个温度克制的烘箱里^[5]。

图7.

(a)10mg/mL DMPC(乌色)，DPPC(红色)战DSPC(蓝色)辨此外脂量比热容。好比，L_c，L_α，P_β战L_α为DPPC不开的相。最后两个脂量的C_p值背上挪移，以便更晴天隐现图形。(b)ℎ(T)正在主相变温度处不连绝^[5]。

三、小结

尽热量热法能会集起始/停止温度、温度/压力修正速率、反映反映热等本初测试数据，经由数据处置，可能患上到表不美不雅反映反映活化能、指前果子等热分解能源教数据。其对于钻研电池的热掉踪控、质料的比热、凝聚动做战相变等具备尾要指面意思。

参考文献：

[1] Prediction of the heavy charging current effect on nickel-rich/silicon-graphite power batteries based on adiabatic rate calorimetry measurement；DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.226971；

[2] Specific heat of vegetable oils as a function of temperature obtained by adiabatic scanning calorimetry；DOI: 10.1007/s10973-016-5864-1;

[3] Crystallization and fusion behaviors, observed by adiabatic calorimetry, of benzene confined in silica mesopores with uniform diameters; DOI: 10.1088/0953-8984/27/10/105101.

[4] The melting behaviour of water and water–sodium chloride solutions studied by high-resolution Peltier-element-based adiabatic scanning calorimetry; DOI:  10.1007/s10973-017-6330-4.

[5] Phase Transitions of Binary Lipid Mixtures: A Combined Study by Adiabatic Scanning Calorimetry and Quartz Crystal Microbalance with Dissipation Monitoring;  DOI: 10.1155/2015/479318.

本文由小乐教师供稿。

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