DE202016001912U1 - Gas-tight sample holder for electrical measurements - Google Patents

Gas-tight sample holder for electrical measurements Download PDF

Info

Publication number
DE202016001912U1
DE202016001912U1 DE202016001912.1U DE202016001912U DE202016001912U1 DE 202016001912 U1 DE202016001912 U1 DE 202016001912U1 DE 202016001912 U DE202016001912 U DE 202016001912U DE 202016001912 U1 DE202016001912 U1 DE 202016001912U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sample holder
gas
electrical measurements
sample
tight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE202016001912.1U
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE202016001912.1U priority Critical patent/DE202016001912U1/en
Publication of DE202016001912U1 publication Critical patent/DE202016001912U1/en
Expired - Lifetime legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
    • G01N27/07Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/023Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance where the material is placed in the field of a coil

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Gasdichter Probenhalter für elektrische Messungen an flüssigen und feste Proben, dadurch gekennzeichnet, dass er durch Verdrehen der oberen (1) und unteren (2) Schale gegeneinander ohne Werkzeug geöffnet und geschlossen werden kann.Gas-tight sample holder for electrical measurements on liquid and solid samples, characterized in that it can be opened and closed by turning the upper (1) and lower (2) shell against each other without tools.

Description

Das technische Gebiet, zu dem die Erfindung gehörtThe technical field to which the invention belongs

Die Erfindung gehört zum technischen Gebiet der Messung der Ionen- und Elektronenleitfähigkeit von Festkörpern und Flüssigkeiten, der elektrischen Energiespeicherung und -Umwandlung und der Sensorik.The invention belongs to the technical field of measurement of the ionic and electronic conductivity of solids and liquids, of electrical energy storage and conversion and of sensor technology.

Das der Erfindung zu Grunde liegende ProblemThe problem underlying the invention

Die einfachste und bekannteste Technik, um Festkörperelektroden zu kontaktieren, ist, sie zwischen zwei Metallelektroden zu klemmen. Das ist nur für luftunempfindliche Proben sinnvoll, da sie direkten Kontakt zur Atmosphäre haben. Auch luftbeständige Proben können dabei durch die Luftfeuchtigkeit beschädigt werden. In diesem Fall muss die Probe zuvor gründlich getrocknet werden, was sehr zeitaufwändig ist. Weiters kann die Probe durch Montage und Transport beschädigt werden, was eine Wiederverwendung unmöglich macht. Luftempfindliche Proben können in sogenannte Pouch Cells gepackt werden. Dabei wird die Tablette zwischen zwei Plastikfolien geschweißt und mit zwei Metallstreifen kontaktiert. Diese Metallkontakte beeinflussen das elektrische Verhalten der Zelle und machen die Messergebnisse schwer nachvollziehbar. Der ganze Fertigungsprozess muss in einer Glovebox stattfinden, was teuer, zeitaufwändig und fehleranfällig ist. Weiters müssen Pouch Cells nach einem einzigen Experiment entsorgt werden und die darin enthaltene Probe kann nicht wiederverwertet werden.The simplest and best known technique for contacting solid state electrodes is to clamp them between two metal electrodes. This is only useful for air-insensitive samples, as they have direct contact with the atmosphere. Even air-resistant samples can be damaged by the humidity. In this case, the sample must first be thoroughly dried, which is very time consuming. Furthermore, the sample can be damaged by assembly and transport, making reuse impossible. Air-sensitive samples can be packed in pouch cells. The tablet is welded between two plastic sheets and contacted with two metal strips. These metal contacts influence the electrical behavior of the cell and make the measurement results difficult to understand. The entire manufacturing process must take place in a glovebox, which is expensive, time-consuming and error-prone. Furthermore, pouch cells must be disposed of after a single experiment and the sample contained therein can not be recycled.

Stand der TechnikState of the art

Delacourt, C. et al (Measurement and Simulations of Electrochemical Impedance Spectroscopy of a Three-Electrode Coin Cell Design for Li-Ion Cell Testing) beschreibt eine Münzen-ähnliche Testzelle, in die drei Elektroden (Mess-, Gegen-, und Referenzelektrode) durchgeführt sind. Die gegenüberliegenden Elektroden weisen zudem eine kleine Öffnung zum Einbringen eines Elektrolyten auf. Anwendung findet diese Probenhalterung in der elektrochemischen Impedanzspektroskopie zur Testung von Li-Ionen Zellen. Die Verbindung der zwei Halbschalen wird durch Pressen hergestellt. Es handelt sich hier bereits um einen fertigen Einweg-Li-Ionen-Prototypen, der durch Modifikation einer bestehenden Knopfzelle gewonnen wurde. Dieser Probenhalter ist nur für flüssige Elektrolyte geeignet, nur mit Spezialwerkzeug verschließbar und kann nur einmal verwendet werden. Delacourt, C. et al (Measurement and Simulations of Electrochemical Impedance Spectroscopy of a Three Electrode Coin Cell Design for Li-Ion Cell Testing) describes a coin-like test cell, in which three electrodes (measuring, counter, and reference electrode) are performed. The opposing electrodes also have a small opening for introducing an electrolyte. This sample holder is used in electrochemical impedance spectroscopy for the testing of Li-ion cells. The connection of the two half-shells is made by pressing. This is already a finished disposable Li-ion prototype obtained by modifying an existing button cell. This sample holder is only suitable for liquid electrolytes, can only be closed with special tools and can only be used once.

DE69227176 T2 zeigt eine Leitfähigkeitsmesszelle für Flüssigkeiten, bestehend aus einem Behälter (isolierende Keramik) mit integrierten Elektroden (leitender Keramik) und Leitungsdrähten, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit besitzt und unter Hochdruck- und Hochtemperaturbedingungen verwendet werden kann. Zwischen Behälter und Elektroden wird eine hohe Dichtigkeit erreicht, die Verbindung ist demzufolge gas- und flüssigkeitsdicht. Um das Gefäß abzudichten kann u. a. ein Verschlusspfropfen verwendet werden. Die Anwendung sind flüssige Proben, die Handhabung (Verschlusspfropfen) in einer Glovebox ist schwierig. DE69227176 T2 shows a liquid conductivity cell, consisting of a container (insulating ceramic) with integrated electrodes (conductive ceramic) and lead wires, which has a high corrosion resistance and mechanical strength and can be used under high pressure and high temperature conditions. Between container and electrodes, a high density is achieved, the compound is therefore gas and liquid-tight. To seal the vessel may include a plug are used. The application are liquid samples, the handling (plug) in a glovebox is difficult.

Novocontrol Technologies beschreibt auf seiner Homepage ( http://www.novocontrol.de/html/index_sample_cells.htm ) einen gasdichten, versiegelten Einweg-Probenkörper für flüssige Proben der im Rahmen der Impedanzspektroskopie zum Einsatz kommt. Dieser ist nicht für Festkörper geeignet, nicht wiederverwendbar und enthält metallische Federn, die hohe Induktivitäten aufweisen und damit das Messergebnis verfälschen.Novocontrol Technologies describes on its homepage ( http://www.novocontrol.de/html/index_sample_cells.htm ) a gas-tight, sealed disposable sample body for liquid samples used in the context of impedance spectroscopy. This is not suitable for solids, not reusable and contains metallic springs, which have high inductances and thus falsify the measurement result.

Szyplowska, A. et al (Application of a Coaxial-Like Sensor for Impedance Spectroscopy Measurements of Selected Low-Conductivity Liquids) verwenden für die Auswertung flüssiger Proben im Rahmen der Impedanzspektroskopie einen koaxial-ähnlichen Sensor. Der Sensor besteht aus 7 in den Deckel eingegossen Stahlstäben und einer gemeinsamen Außenelektrode, welcher dicht auf einem Behältnis aufgesetzt wird. Neben einem ergonomischen, leicht zu reinigendem Sensordesign wurde ebenfalls Wert auf eine universelle Anwendbarkeit (Einsatz an unterschiedlichen Messgeräten) gelegt. Dieser Sensor wird direkt in ein Gefäß mit der zu untersuchenden Flüssigkeit gehängt, um deren Leitfähigkeit zu messen, ist jedoch nicht dazu bestimmt, eine flüssige oder feste Probe direkt ein elektrisch abgeschirmtes und temperaturgeregeltes Impedanzmesssystem einzubauen. Szyplowska, A. et al (Application of a Coaxial-Like Sensor for Impedance Spectroscopy Measurements of Selected Low-Conductivity Liquids) use a coaxial-like sensor for the evaluation of liquid samples in the context of impedance spectroscopy. The sensor consists of 7 steel bars embedded in the lid and a common outer electrode, which is placed tightly on a container. In addition to an ergonomic, easy-to-clean sensor design, emphasis was also placed on universal applicability (use on different measuring devices). This sensor is hung directly into a vessel containing the liquid to be tested to measure its conductivity, but is not intended to incorporate a liquid or solid sample directly into an electrically shielded and temperature controlled impedance measurement system.

Die Erfindung, für die in den Schutzansprüchen Schutz begehrt wirdThe invention for which protection is sought in the protection claims

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gasdichten, wiederverwendbaren Probenhalter für flüssige als auch feste Proben, der es ermöglicht präzise elektrische Messungen, wie Impedanzspektroskopie, Cyclovoltammetrie, elektrisches Laden und Entladen, durchzuführen. Der Probenhalter besteht aus zwei Schalen mit integrierten Elektroden und Kontaktdurchführungen, die mittels Schraubverschluss gasdicht miteinander verbunden werden. Aufgrund der verwendeten Materialien verhält sich der Probenhalter elektrisch neutral und kann ohne Werkzeug geöffnet und verschlossen werden.The present invention relates to a gas-tight, reusable sample holder for liquid and solid samples, which makes it possible to perform precise electrical measurements, such as impedance spectroscopy, cyclic voltammetry, electrical charging and discharging. The sample holder consists of two shells with integrated electrodes and contact bushings, which are gas-tightly interconnected by means of screw caps. Due to the materials used, the sample holder behaves electrically neutral and can be opened and closed without tools.

Die Erfindung besteht aus zwei Schalen aus elektrisch isolierendem Material mit gasdichten Kontaktdurchführungen zur Porbenkontaktierung. Das Gerät wird geöffnet und geschlossen, indem die zwei Schalen gegeneinander verdreht werden. Die Elastizität des Materials gewährleistet dichten Verschluss und ermöglicht ein Öffnen und Schließen in der Glovebox ohne Werkzeug. Das Design stellt sicher, dass die Probe über einen weiten Frequenz- und Temperaturbereich nicht elektrisch beeinflusst wird. Der Probenhalter funktioniert ohne Dichtungen, Federn und Schrauben. Die kompakten Abmessungen und die gute Wärmeleitfähigkeit ermöglicht es, das Gerät in einem Cryostat für temperaturgeregelte Messungen zu montieren.The invention consists of two shells made of electrically insulating material with gas-tight contact bushings for Porbenkontaktierung. The device is opened and closed by the two Bowls are twisted against each other. The elasticity of the material ensures tight closure and allows opening and closing in the glove box without tools. The design ensures that the sample is not electrically affected over a wide frequency and temperature range. The sample holder works without seals, springs and screws. The compact dimensions and the good thermal conductivity make it possible to install the device in a cryostat for temperature-controlled measurements.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung unter Bezugnahme auf den in der Anmeldung genannten Stand der TechnikAdvantageous effects of the invention with reference to the state of the art mentioned in the application

Vergleichen mit der Technik der Pouch Cells ist der Aufbau des Experiments weniger zeit- und materialaufwändig. Die Messergebnisse sind besser nachvollziehbar und reproduzierbar. Der Probenhalter kann ohne Werkzeug im Inneren einer Glovebox be- und entladen werden. Die Handhabung kann nach nur kurzer Einweisung erfolgen, während die Herstellung von Pouch Cells hochqualifiziertes und geübtes Personal benötigt. Die gegenständige Erfindung kann vielfach wiederverwendet werden und verursacht viel weniger Abfälle als konventionelle Techniken. Experimente mit luftempfindlichen Proben sind damit genauso einfach durchzuführen wie mit unempfindlichen.Comparing with the technique of Pouch Cells, the setup of the experiment is less time and material consuming. The measurement results are easier to understand and reproducible. The sample holder can be loaded and unloaded without tools inside a glovebox. The handling can be done after a short briefing, while the production of Pouch Cells requires highly qualified and experienced personnel. The present invention can be reused many times and causes much less waste than conventional techniques. Experiments with air-sensitive samples are as easy to perform as with insensitive.

Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial Applicability

Die Erfindung findet Verwendung in der Entwicklung von Akkumulatoren, Brennstoffzellen und Sensoren in der Fahrzeugindustrie, der Konsumelektronik und in der universitären Forschung.The invention finds application in the development of accumulators, fuel cells and sensors in the automotive industry, consumer electronics and university research.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1 und 2 erläutert.An embodiment of the invention will be described with reference to 1 and 2 explained.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Obere SchaleUpper shell
22
Untere SchaleLower shell
33
Obere ElektrodeUpper electrode
44
Untere ElektrodeLower electrode
55
Innengewindeinner thread
66
Außengewindeexternal thread

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 69227176 T2 [0004] DE 69227176 T2 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Delacourt, C. et al (Measurement and Simulations of Electrochemical Impedance Spectroscopy of a Three-Electrode Coin Cell Design for Li-Ion Cell Testing) [0003] Delacourt, C. et al (Measurement and Simulations of Electrochemical Impedance Spectroscopy of a Three Electrode Coin Cell Design for Li-Ion Cell Testing) [0003]
  • http://www.novocontrol.de/html/index_sample_cells.htm [0005] http://www.novocontrol.de/html/index_sample_cells.htm [0005]
  • Szyplowska, A. et al (Application of a Coaxial-Like Sensor for Impedance Spectroscopy Measurements of Selected Low-Conductivity Liquids) [0006] Szyplowska, A. et al (Application of a Coaxial-Like Sensor for Impedance Spectroscopy Measurements of Selected Low-Conductivity Liquids) [0006]

Claims (3)

Gasdichter Probenhalter für elektrische Messungen an flüssigen und feste Proben, dadurch gekennzeichnet, dass er durch Verdrehen der oberen (1) und unteren (2) Schale gegeneinander ohne Werkzeug geöffnet und geschlossen werden kann.Gas-tight sample holder for electrical measurements on liquid and solid samples, characterized in that it is produced by twisting the upper ( 1 ) and lower ( 2 ) Shell can be opened and closed against each other without tools. Probenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdichtigkeit alleine durch die Elastizität der verwendeten Materialien der Bestandteile (1) und (2) durch Gewindeschluss zwischen Innengewinde (5) und Außengewinde (6) ohne Dichtungen, Federn und Schrauben gewährleistet ist.Sample holder according to claim 1, characterized in that the gas-tightness alone by the elasticity of the materials used of the components ( 1 ) and ( 2 ) by thread between female thread ( 5 ) and external thread ( 6 ) is guaranteed without seals, springs and screws. Probenhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung der Probe durch in die Bestandteile (1) und (2) eingearbeitete Metallelektroden (3) und (4) ohne zusätzliche Federn und Schrauben erfolgt.Sample holder according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical contacting of the sample through the components ( 1 ) and ( 2 ) incorporated metal electrodes ( 3 ) and ( 4 ) without additional springs and screws.
DE202016001912.1U 2016-03-22 2016-03-22 Gas-tight sample holder for electrical measurements Expired - Lifetime DE202016001912U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202016001912.1U DE202016001912U1 (en) 2016-03-22 2016-03-22 Gas-tight sample holder for electrical measurements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202016001912.1U DE202016001912U1 (en) 2016-03-22 2016-03-22 Gas-tight sample holder for electrical measurements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202016001912U1 true DE202016001912U1 (en) 2016-10-24

Family

ID=57281410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202016001912.1U Expired - Lifetime DE202016001912U1 (en) 2016-03-22 2016-03-22 Gas-tight sample holder for electrical measurements

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE202016001912U1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69227176T2 (en) 1991-08-06 1999-02-18 Shinagawa Refractories Co CONDUCTIVITY MEASURING CELL

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69227176T2 (en) 1991-08-06 1999-02-18 Shinagawa Refractories Co CONDUCTIVITY MEASURING CELL

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Delacourt, C. et al (Measurement and Simulations of Electrochemical Impedance Spectroscopy of a Three-Electrode Coin Cell Design for Li-Ion Cell Testing)
Szyplowska, A. et al (Application of a Coaxial-Like Sensor for Impedance Spectroscopy Measurements of Selected Low-Conductivity Liquids)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011016526A1 (en) Device for testing leakage of e.g. lithium ion battery used as traction battery for hybrid vehicle during production of battery, has detecting units i.e. metal oxide sensors, arranged in housing and detecting gas concentration in housing
DE102008044312A1 (en) Detecting device for detecting a component density contained in a fuel mixture
Evershed EVERSHED: THE CHARACTERISTICS OF INSULATION RESISTANCE. 51
DE102017109690A1 (en) Implementation of a reference electrode with reduced measurement artifacts
DE102010060465A1 (en) Method for calibrating a conductivity cell
DE202014010453U1 (en) Micro electrode fluid measuring cell (MDE)
DE102015215091A1 (en) Method for determining a pressure within a housing of a battery cell and battery cell
DE102018109487B4 (en) Electrochemical corrosion test apparatus and method for electrochemical corrosion testing
Bifano et al. Investigation of complex permittivity spectra of foundry sands
Stolyarchuk et al. Multicomponent liquids' research
DE202016001912U1 (en) Gas-tight sample holder for electrical measurements
McDonald et al. Theory and application of nonlinear electrochemical impedance spectroscopy
DE102009045887A1 (en) Energy source for electric current with sensor device for determining a state of charge of the energy source
DE19828093C2 (en) Device for measuring physical quantities of single or multi-component liquids
Kanoun Progress reports on impedance spectroscopy: measurements, modeling, and application
CN108428954B (en) Device capable of rapidly researching electrochemical behavior of lithium ion battery
DE102013210378A1 (en) Lithium-ion battery cell with a capacitive sensor and method for monitoring the state of such a lithium-ion battery cell
WO2013087346A1 (en) Test method for a battery cell housing and associated test arrangement
DE19716173C2 (en) Leakage current testing for planar lambda sensors
DE102013210150A1 (en) Method and device for increasing the safety when using battery cells
DE4401187C1 (en) Corrosion measurement
DE102019005453A1 (en) Procedure for determining heat transfer
DE4401188C2 (en) Measuring cell for the detection of corrosion processes on conductive materials
DE102014203410B4 (en) Electrochemical measuring cell and its use
DE102019109703A1 (en) Arrangement for quality inspection of a battery cell

Legal Events

Date Code Title Description
R086 Non-binding declaration of licensing interest
R207 Utility model specification
R156 Lapse of ip right after 3 years