電池技術(shù)測試
英國HEL電池量熱儀
優(yōu)化管理,，降低風(fēng)險(xiǎn)
特別為測試各種規(guī)格的電池包括大電池,，及電池材料,、組件的安全性而設(shè)計(jì)的熱安全性測試儀器BTC 絕熱加速量熱儀。
BTC是傳統(tǒng)'ARC'絕熱量熱儀的升級改進(jìn)版儀器,，是為日趨重要的能源儲存領(lǐng)域特別設(shè)計(jì)的適用性更強(qiáng),、更先進(jìn)的危害評估工具,。
提供絕熱量熱模式和等溫量熱模式兩種可選，可選擇不同的設(shè)備,，或在一臺設(shè)備中實(shí)現(xiàn)兩種功能模式,。
BTC-500|大尺寸，大容量,，高活性體系,，電池?zé)嵝阅芗鞍踩阅軠y試，絕熱量熱儀
BTC-30|臺式,、小尺寸電池,、小容量電池，材料級別,，電池?zé)嵝阅芗鞍踩阅軠y試,，絕熱量熱儀
iso-BTC plus| 落地式，大功率,，大尺寸,，電池?zé)嵝阅軠y試，等溫量熱儀
iso-BTC| 臺式,，較小熱功率,，較小電池，電池?zé)嵝阅軠y試,，等溫量熱儀
BTC-MS電池絕熱量熱儀與高壓質(zhì)譜聯(lián)用
詳情介紹
BTC-500 | 大尺寸,，大容量，高活性體系,，電池?zé)嵝阅芗鞍踩阅軠y試,，絕熱量熱儀
BTC-500 (電池測試量熱儀) 是一種落地式絕熱量熱儀，針對尺寸較大,、容量較大及反應(yīng)較劇烈的電池單體和小型模組,，可實(shí)現(xiàn)鋰離子電池在耦合或解耦熱應(yīng)力、電應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力 (濫用)情況下的熱安全測試,。對電池單體和小型模組進(jìn)行相關(guān)測試，有助于評估電池單體及小型模組的安全性能,，定義電池的安全操作極限,，并有助于研究鋰離子電池?zé)崾Э睾蜔崧訖C(jī)制，開發(fā)滿足安全需求的熱失控及熱蔓延抑制策略,。
應(yīng)用領(lǐng)域
安全測試
定義安全操作限制:
為避免鋰離子電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)及其可能導(dǎo)致的災(zāi)難性后果,，必須明確鋰離子電池單體、模組和電池包的安全運(yùn)行極限,。因此,，需要對電池施加熱應(yīng)力,、電應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，用以確定電池的安全操作極限,。
熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)有助于確定電池的安全工作溫度
充放電溫升可幫助確定不同溫度下的最大安全電流
過充及過放溫升可以幫助確定不同溫度下的最高和最低安全電壓
可以評估不同溫度下機(jī)械應(yīng)力和外部短路 (ESC) 的后果
探索熱失控和熱蔓延
極端條件可能導(dǎo)致電池單體熱應(yīng)力增加,，引發(fā)電池?zé)崾Э亍Ｒ虼?，為了提升電池的安全性甚至開發(fā)安全的電池,，必須了解電池中熱失控的機(jī)理，以及熱失控如何在模組或電池包內(nèi)蔓延,，以便實(shí)施適當(dāng)?shù)木徑夂鸵种撇呗?。在BTC-130和BTC-500中進(jìn)行材料熱分解和電池?zé)崾Э販y試時(shí)，可同步獲取相應(yīng)的氣體壓力數(shù)據(jù),，該數(shù)據(jù)可以用于電池?zé)崾Э匦袨榻?。可以檢測電池內(nèi)組分分解的連續(xù)起始溫度,，并估算所釋放的熱量,，進(jìn)一步揭示電池內(nèi)的熱失控反應(yīng)機(jī)理。測試過程可收集電池釋放的氣體,，并借助在線氣體MS或其他氣體分析設(shè)備,，進(jìn)一步了解反應(yīng)歷程。
BTC-500可以實(shí)現(xiàn)在模組內(nèi)特定位置觸發(fā)單體熱失控,。例如使用針刺,、加熱或其他可能引發(fā)電池短路的方式，觸發(fā)熱失控,，并利用設(shè)備集成的相機(jī)全程錄像,。通過設(shè)計(jì)熱失控起始位置，可評估模組的熱蔓延風(fēng)險(xiǎn),，表征熱安全事件的危害程度,，并在模組設(shè)計(jì)時(shí)，采取適當(dāng)?shù)囊种拼胧?，以?shí)現(xiàn)模組整體的散熱大于產(chǎn)熱,。
性能測試
表征電池性能的差異
BTC-130和BTC-500可用于表征在更極端的工況條件下的電池性能。例如,，通過對設(shè)備內(nèi)的電池進(jìn)行極限工況下的循環(huán),，觸發(fā)電池自產(chǎn)熱，并進(jìn)行絕熱跟蹤至電池?zé)崾Э?。也可以多次極限循環(huán)后,，在設(shè)備內(nèi)進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)，表征電池單體的機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,。上述熱失控過程都可以使用BTC-500的相機(jī)記錄,。通過自定義的實(shí)驗(yàn),，可以實(shí)現(xiàn)不同種類電池的安全性對比。
功能和選項(xiàng)
測試類型
熱應(yīng)力：BTC-500為經(jīng)受熱應(yīng)力的電池提供絕熱環(huán)境,，從而表征電池的熱穩(wěn)定性,，并提供相關(guān)熱失控的關(guān)鍵數(shù)據(jù)及圖像。
電應(yīng)力：BTC-500可與充放電設(shè)備集成,，支持正常充放電,、過充及過放測試，也可與外短路設(shè)備連接,，實(shí)現(xiàn)絕熱條件下的電-熱性能評估,。
機(jī)械應(yīng)力：BTC-500可配備針刺測試設(shè)備，并可用于表征針刺過程的熱失控,。
自動氣體采樣,，用于采氣分析。
在模組內(nèi)的特定位置處觸發(fā)單體熱失控,。
集成攝像機(jī)記錄測試樣品的變化,。
樣品的溫場分布 (多點(diǎn)溫度測量)。
集成在線高壓質(zhì)譜,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析,。
可擴(kuò)展接口，實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展,。
自定義測試方法編輯,。
高數(shù)據(jù)速率采集，高達(dá)10,000Hz的溫度及壓力數(shù)據(jù)采集,，可用于表征極快的反應(yīng),，可滿足超高速采集需求
幫助進(jìn)一步了解熱蔓延和熱失控的其他功能包括：
電池/樣品尺寸
圓柱電池(18650尺寸以上)、方形電池,、軟包電池和小模組,。
量熱腔內(nèi)部尺寸-500毫米直徑/500毫米高。
溫度控制
標(biāo)配：環(huán)境溫度至500 °C,。
可選: 從-40 °C開始的低溫環(huán)境溫度
智能軟件控制與分析
控制軟件可實(shí)現(xiàn)常規(guī)數(shù)據(jù)記錄,、自定義數(shù)據(jù)記錄項(xiàng)、自定義測試工步及方法,、參數(shù)控制和反饋回路,。
安全功能
用戶可配置的自動事件檢測和軟硬件保護(hù)，確保用戶安全
具備可保留樣品殘骸和可抑制有毒煙霧擴(kuò)散的安全外殼
N2吹掃或熱失控后危險(xiǎn)氣體的安全吹掃
在每個系統(tǒng)上安裝硬件和軟件故障自動保險(xiǎn)
BTC-130|臺式,，小尺寸電池,，小容量電池,，材料級別,，電池?zé)嵝阅芗鞍踩阅軠y試,，絕熱量熱儀
BTC-130 (電池測試量熱儀) 是一種臺式絕熱量熱儀，旨在對較小尺寸的電池進(jìn)行熱,，電和機(jī)械應(yīng)力測試,。對這些測試的評估有助于評估電池單體的安全性能，表征電池的安全運(yùn)行極限,，幫助熱失控機(jī)理的研究和開發(fā),。
應(yīng)用程序
安全測試
組件危險(xiǎn)篩查:
電池的使用環(huán)境多樣，在正常使用和應(yīng)力條件下,，可能導(dǎo)致電池內(nèi)部過熱或過冷,。因此，在開發(fā)早期了解電池單體在一系列溫度下的行為至關(guān)重要,。如果新的電池具有較低的自產(chǎn)熱溫度,，而散熱條件不足，則可能造成電池?zé)崾Э厥鹿?。同樣,，如果電池?nèi)壓力快速增加伴隨熱事件，或者產(chǎn)生有毒氣體,，也需要重新評估該電池及其內(nèi)部關(guān)鍵材料的使用可行性,。BTC-130可測試尺寸較小、容量較小的電池,，通過提供絕熱環(huán)境,，表征電池單體及關(guān)鍵材料的熱穩(wěn)定性，為電池開發(fā)提供參考數(shù)據(jù),。
定義安全操作限制:
為避免鋰離子電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)及其可能導(dǎo)致的災(zāi)難性后果,，必須明確鋰離子電池單體、模組和電池包的安全運(yùn)行極限,。因此,，需要對電池施加熱應(yīng)力、電應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力,，用以確定電池的安全操作極限,。熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)有助于確定電池的安全工作溫度
充放電溫升可幫助確定不同溫度下的最大安全電流
過充及過放溫升可以幫助確定不同溫度下的最高和最低安全電壓
可以評估不同溫度下機(jī)械應(yīng)力和外部短路 (ESC) 的后果
探索熱失控和熱傳播
極端條件可能導(dǎo)致電池單體熱應(yīng)力增加，引發(fā)電池?zé)崾Э?。因此,，為了提升電池的安全性甚至開發(fā)安全的電池，必須了解電池中熱失控的機(jī)理,，以及熱失控如何在模組或電池包內(nèi)蔓延,，以便實(shí)施適當(dāng)?shù)木徑夂鸵种撇呗浴?br tm="680"/>在BTC-130和BTC-500中進(jìn)行材料熱分解和電池?zé)崾Э販y試時(shí)，可同步獲取相應(yīng)的氣體壓力數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可以用于電池?zé)崾Э匦袨榻??？梢詸z測電池內(nèi)組分分解的連續(xù)起始溫度，并估算所釋放的熱量,，進(jìn)一步揭示電池內(nèi)的熱失控反應(yīng)機(jī)理,。測試過程可收集電池釋放的氣體，并借助在線氣體MS或其他氣體分析設(shè)備,，進(jìn)一步了解反應(yīng)歷程,。
性能測試
表征電池性能的差異
BTC-130和BTC-500可用于表征在更極端的工況條件下的電池性能。例如,，通過對設(shè)備內(nèi)的電池進(jìn)行極限工況下的循環(huán),，觸發(fā)電池自產(chǎn)熱，并進(jìn)行絕熱跟蹤至電池?zé)崾Э?。也可以多次極限循環(huán)后,，在設(shè)備內(nèi)進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)，表征電池單體的機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,。
功能和選項(xiàng)
測試類型
熱應(yīng)力：BTC-130為經(jīng)受熱應(yīng)力的電池提供絕熱環(huán)境,，從而表征電池的熱穩(wěn)定性，并提供相關(guān)熱失控的關(guān)鍵數(shù)據(jù),。
電應(yīng)力：BTC-130可與充放電設(shè)備集成,，支持正常充放電、過充及過放測試,，也可與外短路設(shè)備連接,，實(shí)現(xiàn)絕熱條件下的電-熱性能評估。
機(jī)械應(yīng)力：BTC-130可配備針刺測試設(shè)備,，并可用于表征針刺過程的熱失控,。
高數(shù)據(jù)速率采集，高達(dá)10,000Hz的溫度及壓力數(shù)據(jù)采集,，可用于表征極快的反應(yīng),，，可滿足超高速采集需求
電池/樣品尺寸
圓柱電池,、方形電池,、軟包電池、商用紐扣電池,、電池內(nèi)部材料
用于電池材料測試的可選球形測試池 (壓力范圍1-150 bar),。
溫度控制
環(huán)境溫度至500 °C。
智能軟件控制與分析
控制軟件可實(shí)現(xiàn)常規(guī)數(shù)據(jù)記錄,、自定義數(shù)據(jù)記錄項(xiàng),、自定義測試工步及方法、參數(shù)控制和反饋回路。
安全功能
用戶可配置的自動事件檢測和軟硬件保護(hù),，確保用戶安全
在每個系統(tǒng)上安裝硬件和軟件故障自動保險(xiǎn)
iso-BTC plus| 落地式,，大功率，大尺寸,，電池?zé)嵝阅軠y試，等溫量熱儀
新的iso-BTC plus,，可測量電池充電和放電期間的熱功率曲線,，為優(yōu)化電池?zé)峁芾砑半姵厥褂脡勖峁椭,；谂_式iso-BTC的原理,，新的iso-BTC plus允許測量更高的熱功率及更大尺寸的電池。
應(yīng)用程序
性能測試
確定熱管理
電池在充放電過程的熱行為較復(fù)雜,，深入理解電池的熱行為,，可以優(yōu)化電池及模組的電-熱行為及安全性，延長使用壽命,。
熱管理策略不當(dāng)可能導(dǎo)致產(chǎn)品安全性下降甚至導(dǎo)致危險(xiǎn),。
熱管理過度可能導(dǎo)致產(chǎn)品體積龐大、笨重,、復(fù)雜或成本高昂,。
對電池充放電熱行為理解不充分，可能導(dǎo)致電池使用限制偏差,，產(chǎn)生危險(xiǎn),。同時(shí)，過于謹(jǐn)慎地設(shè)置使用限制,，會導(dǎo)致電池性能的限制,，并增加不必要的生產(chǎn)成本。
放熱率 (功率) 和以千焦耳為單位測量的釋放能量
iso-BTC plus的數(shù)據(jù)可以表征以下工況的電池?zé)嵝袨椋?/p>
正常使用時(shí)在各種環(huán)境溫度和各種充電/放電狀態(tài)下的熱行為,。
異常但非濫用的情況 (例如,，輕度過度充電)的熱行為。
iso-BTC plus數(shù)據(jù)可以幫助用戶在體系開發(fā),、電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),、電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)和高性能產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面進(jìn)行決策。
iso-BTC plus 數(shù)據(jù)用于熱傳導(dǎo)建模,，以幫助預(yù)測具有復(fù)雜幾何形狀的大型高功率電池的熱行為,。
iso-BTC plus在測試期間支持溫場分布監(jiān)控，以識別電池產(chǎn)生更多熱量的區(qū)域,。該信息還可以用于驗(yàn)證熱管理策略,。
表征電池性能的差異
評估化學(xué)體系、電極組成、電池設(shè)計(jì),、電池類型及電池SOH對熱行為的影響,，模擬各種溫度環(huán)境，測量電池在各種充電/放電過程的熱量,，讓用戶更深入地理解產(chǎn)品,。
重復(fù)充電/放電循環(huán)對16Ah軟包電池釋放的熱量的影響。1C充電的循環(huán)過程的熱量變化較小,。,。0.5C充電 (黃色) 和5C放電 (粉紅色) 的循環(huán)過程的熱量明顯增加。
表征電池的質(zhì)量控制
iso-BTC plus數(shù)據(jù)可用于表征電池性能,，作為品質(zhì)控制過程的一部分,。這種方法適用于電池制造商和電池集成商。
iso-btc | 臺式,，較小熱功率,，較小電池，電池?zé)嵝阅軠y試,，等溫量熱儀
iso-btc (電池測試量熱儀) 是一種等溫量熱儀,，用于表征正常和長期使用條件下電池單體的熱行為和電性能。它支持一系列適配器,，允許分析各種形式的電池,。
應(yīng)用程序
性能測試
表征電池性能的差異
電池的化學(xué)體系、電池設(shè)計(jì),、電池單體類型以及電池當(dāng)前SOH都會影響電池性能,。Iso-BTC能夠?qū)崿F(xiàn)在電池老化或劣化過程中研究這些因素對電池?zé)嵝阅艿挠绊懀Y(jié)合熱量與能量的轉(zhuǎn)化率,、不可逆容量,、放出的熱量如何隨溫度變化以及倍率數(shù)據(jù)，可用于電池性能建模,，幫助用于提升對電池?zé)嵝袨榈睦斫?，不斷迭代電池的開發(fā)。
表征細(xì)胞的質(zhì)量控制
電池的關(guān)鍵性能,，例如放出的熱量及熱量與能量的轉(zhuǎn)化率,，可以用于表征電池性能，也可以用于電池制造商的品質(zhì)控制以及電池集成商檢查電池性能,。使用iso-BTC的數(shù)據(jù)可以幫助控制電池品質(zhì),。
確定熱管理
在正常使用時(shí)，電池單體在充電和放電過程會有熱量被吸收和放出,，并且,，在模組內(nèi),，電池之間可能出現(xiàn)熱量傳遞導(dǎo)致熱分布不均勻的情況，這可能引起安全隱患及電池性能差異,。
如果沒有有效的熱管理,，電池在充放電的熱量可能累積，使電池升溫,，引發(fā)電池自產(chǎn)熱,，導(dǎo)致熱失控，因此,，電池模組內(nèi)都會具有控制電池?zé)醾鬟f的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì),。為了合理設(shè)計(jì)熱傳遞結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)，需要表征電池在一定溫度下的充電和放電的熱行為,，而使用iso-BTC可以為熱管理的設(shè)計(jì)提供必要的數(shù)據(jù)。
iso-BTC在測試期間支持溫場分布監(jiān)控,，以識別電池產(chǎn)生更多熱量的區(qū)域,。該信息還可以用于驗(yàn)證熱管理策略。
功能和選項(xiàng)
試驗(yàn)類型
性能測試
表征正常和非正常使用下的性能,。
老化和壽命性能測試,。
電池行為與充電/放電速率和溫度的關(guān)系
熱功率/熱量曲線。
電池產(chǎn)熱量與輸入或輸出能量曲線
電池充電/放電電壓曲線
電池充電/放電容量曲線
電池/樣品尺寸
圓柱電池,、小軟包電池和小方形電池,。圓柱電池需搭配電池適配器。
最大測試體積250毫米寬,，250毫米深,，80毫米高
測試樣品體積將包括所用適配器體積。
溫度控制
標(biāo)配：-20 °C至90 °C
可選：從-40 °C開始的低溫環(huán)境溫度
智能軟件控制與分析
控制軟件可實(shí)現(xiàn)常規(guī)數(shù)據(jù)記錄,、自定義數(shù)據(jù)記錄項(xiàng),、自定義測試工步及方法、參數(shù)控制和反饋回路,。
安全功能
用戶可配置的自動事件檢測和軟硬件保護(hù),，確保用戶安全
N2吹掃
多點(diǎn)樣品溫度測量
在每個系統(tǒng)上安裝硬件和軟件故障自動保險(xiǎn)
BTC-MS丨電池絕熱量熱儀與高壓質(zhì)譜聯(lián)用
絕熱加速量熱方法通常用于揭示化工品的熱安全性，一般可以獲取反應(yīng)物在絕熱環(huán)境下的起始放熱溫度Tonset,、絕熱溫升ΔTad,、最大溫升速率(dT/dt)max、至最大反應(yīng)速率時(shí)間TMRad,、活化能Ea,、指前因子A、反應(yīng)級數(shù)n,、壓升速率dP/dt等參數(shù),，用于指導(dǎo)化工品的安全設(shè)計(jì)及安全生產(chǎn),。
絕熱加速量熱方法通常用于揭示化工品的熱安全性，一般可以獲取反應(yīng)物在絕熱環(huán)境下的起始放熱溫度Tonset,、絕熱溫升ΔTad,、最大溫升速率(dT/dt)max、至最大反應(yīng)速率時(shí)間TMRad,、活化能Ea,、指前因子A、反應(yīng)級數(shù)n,、壓升速率dP/dt等參數(shù),，用于指導(dǎo)化工品的安全設(shè)計(jì)及安全生產(chǎn)?！ ?/span>
然而,，絕熱加速量熱儀無法分析反應(yīng)過程的氣體。在反應(yīng)過程將氣體導(dǎo)出分析,，會導(dǎo)致測試過程由恒容反應(yīng)體系變?yōu)樽儔悍磻?yīng)體系,，反應(yīng)體系的變化，可導(dǎo)致反應(yīng)歷程變化,。并且,，將氣體導(dǎo)出的過程，可能發(fā)生氣體冷卻及由于溫度變化導(dǎo)致的二次反應(yīng),，從而,，無法準(zhǔn)確分析反應(yīng)過程的氣體，干擾反應(yīng)機(jī)理解析,。為解決這個問題,，可以將絕熱加速量熱儀與在線高壓質(zhì)譜聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)氣體實(shí)時(shí)分析,。
絕熱加速量熱儀與高壓質(zhì)譜聯(lián)用原理及實(shí)物圖如下：
圖1 H.E.L BTC-130絕熱加速量熱儀與質(zhì)譜連接示意圖
圖2 H.E.L BTC-130與高壓質(zhì)譜連接圖片
通過H.E.L的BTC系列產(chǎn)品預(yù)留接口,，高壓質(zhì)譜與相應(yīng)絕熱加速量熱儀相連，從而實(shí)現(xiàn)測試池內(nèi)樣品在線分析,。
下圖為16Bar下高壓質(zhì)譜實(shí)時(shí)分析,，該高壓質(zhì)譜實(shí)現(xiàn)高壓下對3000s內(nèi)的反應(yīng)池氣體實(shí)時(shí)分析。
圖3 16Bar下高壓質(zhì)譜分析結(jié)果
為了保證高壓質(zhì)譜與絕熱加速量熱儀的適配,，我司提供滿足化工產(chǎn)品分析需求以及鋰離子電池分析需求的解決方案,，助力化工產(chǎn)品以及鋰離子電池安全評估。
質(zhì)譜類型 | 通用質(zhì)譜儀 |
進(jìn)樣系統(tǒng) | 高壓采樣接口（玻璃/不銹鋼/PEEK）及前置過濾器 |
適配串聯(lián)系統(tǒng) | BTC-500, BTC-130, Phi-TEC II, Phi-TEC 1, SIMULAR HEL品牌高壓反應(yīng)器及常壓反應(yīng)器等,。 |
進(jìn)樣壓力 | 最大15 bar / 1.5 MPa / 218 PSI （100bar 定制） |
采樣接口工作溫度 | 最高 >500°C（不銹鋼） |
質(zhì)量數(shù)范圍 | 1-200 |
檢測器 | 電子倍增器/法拉第 C-SEM/Faraday (M) |
最小檢測極限 | 電子倍增器 C-SEM <1 ppm / <1 ppm / <1 ppm |
分辨率 | 0,5 – 2,5 amu |
BTC-130主要技術(shù)參數(shù) :
絕熱量熱儀溫度操作范圍：室溫-500℃,；
樣品倉尺寸：直徑不小于130mm, 高度不小于200mm。
雙加熱器設(shè)計(jì)：樣品輔助加熱器和腔體加熱器協(xié)同加熱升溫,。
支持電池樣品比熱Cp 測試
配置直接原位質(zhì)譜接口
BTC-500 主要技術(shù)參數(shù)：
電池樣品絕熱量熱溫度范圍：低溫-15℃-室溫,，室溫-450℃
不銹鋼耐高溫高壓的絕熱量熱儀內(nèi)腔規(guī)格尺寸：Φ 500mm X h 500mm
腔體泄壓壓力設(shè)置4bar,，可執(zhí)行氣體壓力數(shù)據(jù)采集及氣體原位測試
支持比熱CP 測試，內(nèi)置攝像頭,，惰性氣體氣氛及氣體采集,。
配備直接原位質(zhì)譜接口。
參考文獻(xiàn)：
1. Huang L, Lu T, Xu G, et al. Thermal runaway routes of large-format lithium-sulfur pouch cell batteries[J]. Joule, 2022, 6(4): 906-922.
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