Návrh měřicího obvodu pro cyklování elektrochemických článků v komoře SEM
Loading...
Date
Authors
Tran, Quoc Bao
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Tato diplomová práce se zabývá návrhem měřicího obvodu skládající se ze dvou samostatných modulů pro měření elektrického proudu v řádech nanoampérů (nA) při in-situ analýze lithium-iontových článků v mikroskopických rozměrech. Cílem této práce je sestavit prototypový měřicí obvod, jehož úkolem bude vyřešit problémy spojené s elektromagnetickým rušením (EMI) při in-situ analýze a provést následné testování tohoto obvodu, resp. modulů. Diplomová práce je rozdělena na dvě části, a to na teoretickou a praktickou část. V teoretické části je popsána rešerše o elektrochemických článků, kdy zaměření je směřováno na lithium-iontové články. Je popsán princip funkce těchto článků a také byla provedena rešerše o jejich degradačních mechanismech. Dále byly popsány metody testování lithium iontových článků jako GCPL, OCV a CV. V teoretické části jsou dále popsány již provedené in-situ experimenty provedené ve společnosti Thermo Fisher Scientific Brno. Jeden experiment spočíval v sestavování elektrochemického článku na MEMS chipu a druhý experiment byl proveden s použitím mikromanipulátoru jako proudového kolektoru. Naměřené výsledky byly ovlivněny elektromagnetickým rušením. V praktické části je diskutován návrh měřicího obvodu, který by teoreticky vyřešil problémy s měřením velmi malých proudů z pohledu EMI. Dále je popsáno, jak byl měřicí obvod testován.
This diploma thesis deals with the design of a measurement circuit consisting of two separate modules for measuring electric current in the order of nanoamperes (nA) for the in-situ analysis of lithium-ion cells in microscopic dimensions. The aim of this thesis is to build a prototype measurement circuit to solve the electromagnetic interference (EMI) problems associated with in-situ analysis and to perform subsequent testing of this circuit or modules. The diploma thesis is divided into two parts, namely a theoretical and an experimental part. In the theoretical part, research on electrochemical cells is described, where the focus is directed towards lithium-ion cells. The principle of the function of these cells is described and research on their degradation mechanisms has also been carried out. Furthermore, the testing methods of lithium-ion cells such as GCPL, OCV and CV have been described. In the theoretical part, the in-situ experiments already performed at Thermo Fisher Scientific Brno are described. One experiment consisted of assembling an electrochemical cell on a MEMS chip and the other experiment was performed using a micromanipulator as a current collector. Measured data were affected by electromagnetic interference. The practical part discusses the design of a measurement circuit that would theoretically solve the problems of measuring very small currents from an EMI perspective. It also describes how the measurement circuit was tested.
This diploma thesis deals with the design of a measurement circuit consisting of two separate modules for measuring electric current in the order of nanoamperes (nA) for the in-situ analysis of lithium-ion cells in microscopic dimensions. The aim of this thesis is to build a prototype measurement circuit to solve the electromagnetic interference (EMI) problems associated with in-situ analysis and to perform subsequent testing of this circuit or modules. The diploma thesis is divided into two parts, namely a theoretical and an experimental part. In the theoretical part, research on electrochemical cells is described, where the focus is directed towards lithium-ion cells. The principle of the function of these cells is described and research on their degradation mechanisms has also been carried out. Furthermore, the testing methods of lithium-ion cells such as GCPL, OCV and CV have been described. In the theoretical part, the in-situ experiments already performed at Thermo Fisher Scientific Brno are described. One experiment consisted of assembling an electrochemical cell on a MEMS chip and the other experiment was performed using a micromanipulator as a current collector. Measured data were affected by electromagnetic interference. The practical part discusses the design of a measurement circuit that would theoretically solve the problems of measuring very small currents from an EMI perspective. It also describes how the measurement circuit was tested.
Description
Citation
TRAN, Q. Návrh měřicího obvodu pro cyklování elektrochemických článků v komoře SEM [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
prof. Ing. Jiří Kazelle, CSc. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Binar, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Kamil Jaššo, Ph.D. (člen)
Ing. Zdenka Rozsívalová (člen)
doc. Ing. Vítězslav Novák, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2024-06-04
Defence
Otázky oponenta k obhajobě:
1. Opravdu musí v případě SEM probíhat zkoumání vzorku vždy ve vakuu?¨
2. Je možné provozovat navržené zařízení (bez zdroje nebo s) přímo v komoře SEM? Došlo by ke snížení zarušení, nebo by naopak např. signály z interakce PE a vzorku způsobily více zarušení?
3. V práci uvádíte, že snížením šířky pásma je šum zesilovače snížen na 120 V. Jaké z toho vyplývá proudové rozlišení zesilovače?
4. Dá se navržené zařízení použít i pro jiné aplikace kromě výzkumu akumulátorů? Jaké úpravy by případně bylo nutné provést?
Doplňující otázky komise:
– Popište transimpedanční zesílení uvedeného v megaohmech.
– Díval jste se na jiné potenciostaty, které by umožnily měřit proudy v řádech nA?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení