কিভাবে লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির বিস্ফোরণ বন্ধ করবেন তাপীয় পলাতক কারণে?

থার্মাল পলাতক একটি দীর্ঘস্থায়ী সমস্যা যা বড় কর্পোরেশনের মতো বাগ করেছে টেসলা , স্যামসাং , এবং বোয়িং এবং ছোট সমান।

বোয়িং এর ড্রিমলাইনার 787, যেটিকে বোয়িং 20% জ্বালানী সাশ্রয়ী হিসাবে বিজ্ঞাপিত করেছিল, 2013 সালে গ্রাউন্ড করা হয়েছিল। একই বছরে, টেসলার মডেল এস অন্তত 3 বার আগুন ধরার পরে ফেডারেল নিরাপত্তা তদন্তের আওতায় আসে।গত বছর স্যামসাং 2.5 মিলিয়ন গ্যালাক্সি নোট 7 স্মার্টফোন প্রত্যাহার করেছিল।

তিনটি কোম্পানির জন্য, যেগুলি তাদের ডোমেনের শীর্ষ খেলোয়াড়, সমস্যাটি একই ছিল - লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি তাদের পণ্যের কেন্দ্রস্থলে একটি পাওয়ার উত্স হিসাবে ইনস্টল করা।টেসলা মডেল এস, ড্রিমলাইনার 787 এবং গ্যালাক্সি নোট 7 এ ইনস্টল করা লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি ক্রমাগত বিস্ফোরিত হচ্ছিল।

কেন একটি লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি অপ্রত্যাশিতভাবে বিস্ফোরিত হয়?

লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি হল বিভিন্ন শিল্পে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত ব্যাটারি কিন্তু, আপনি কি জানেন কী এগুলোকে বিপজ্জনক করে তোলে?আপনি যদি লি-আয়ন ব্যাটারি নিয়ে কাজ করা একজন গবেষক হন তবে আপনি জানেন যে বেশিরভাগ লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি বিস্ফোরিত হওয়ার একটি প্রধান কারণ হল তাপীয় পলাতক।

তাপীয় পলাতক কী এবং কেন এটি ব্যাটারি বিস্ফোরণের প্রধান কারণ?
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিতে, ক্যাথোড এবং অ্যানোড একটি পাতলা - কখনও কখনও 10 মাইক্রন - পলিথিন বিভাজক দ্বারা পৃথক করা হয়।যখন এই বিভাজকটি ফেটে যায়, তখন একটি শর্ট সার্কিট ঘটে যা থার্মাল রানওয়ে নামক প্রক্রিয়া শুরু করে।

থার্মাল পলাতক সাধারণত চার্জ করার সময় ঘটে।তাপমাত্রা দ্রুত ধাতব লিথিয়ামের গলনাঙ্কে উঠে যায় এবং একটি হিংসাত্মক প্রতিক্রিয়া সৃষ্টি করে।

থার্মাল পালানোর পিছনে আরেকটি বড় কারণ হল অন্যান্য মাইক্রোস্কোপিক ধাতব কণা ব্যাটারির বিভিন্ন অংশের সংস্পর্শে আসা (ব্যাটারি অ্যাসেম্বলির প্রক্রিয়ায় এটি সব সময় ঘটে), ফলে শর্ট-সার্কিট হয়।

সাধারণত, একটি হালকা শর্ট সার্কিট একটি উন্নত স্ব-স্রাবের কারণ হতে পারে এবং সামান্য তাপ উৎপন্ন হয় কারণ নিষ্কাশন শক্তি খুবই কম।কিন্তু, যখন পর্যাপ্ত মাইক্রোস্কোপিক ধাতব কণা এক জায়গায় একত্রিত হয়, তখন একটি বড় বৈদ্যুতিক শর্ট বিকশিত হতে পারে এবং ধনাত্মক এবং নেতিবাচক প্লেটের মধ্যে একটি বিশাল কারেন্ট প্রবাহিত হবে।

এর ফলে তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, যার ফলে তাপীয় পলাতক হয়, যাকে বলা হয় 'শিখা দিয়ে বের করা।'

একটি থার্মাল পালানোর সময়, ব্যর্থ কোষের উচ্চ তাপ পরবর্তী কোষে প্রচার করতে পারে, যার ফলে এটি তাপগতভাবে অস্থিরও হয়ে ওঠে।কিছু ক্ষেত্রে, একটি চেইন প্রতিক্রিয়া ঘটে যেখানে প্রতিটি কোষ তার নিজস্ব সময়সূচীতে বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়।

কেন লি-আয়ন ব্যাটারির বিস্ফোরণ সবার জন্য একটি প্রধান সমস্যা?

আপনার পকেটে থাকা স্মার্টফোনটি একটি দ্বারা চালিত হয় লি-আয়ন ব্যাটারি .উচ্চ শক্তির ঘনত্ব, ক্ষুদ্র মেমরি প্রভাব এবং স্ব-নিঃসরণ কম হওয়ার কারণে পোর্টেবল ইলেকট্রনিক্সের জন্য রিচার্জেবল ব্যাটারিগুলির মধ্যে এগুলি অন্যতম জনপ্রিয়।

ভোক্তা ইলেকট্রনিক্সের বাইরে, লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি সামরিক, বৈদ্যুতিক যান এবং মহাকাশ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য জনপ্রিয়।উদাহরণস্বরূপ, লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারিগুলি প্রচলিত সীসা-অ্যাসিড ব্যাটারিগুলিকে প্রতিস্থাপন করেছে যা গল্ফ কার্ট এবং ইউটিলিটি যানবাহনের জন্য ঐতিহাসিকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে।

2016-2022 সময়কালে 10.8% CAGR সহ 2022 সালের মধ্যে গ্লোবাল লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি বাজারের আকার $46.21 বিলিয়ন পৌঁছানোর আশা করা হচ্ছে।

এমন কিছুর জন্য যা এত দ্রুত গতিতে আমাদের দৈনন্দিন জীবনের একটি অবিচ্ছেদ্য অংশ হয়ে উঠেছে, আমরা সত্যিই আমাদের চারপাশে এই ব্যাটারিগুলি থাকার জন্য আমাদের জীবনের ঝুঁকি নিয়ে যাচ্ছি।

তাদের অ্যাপ্লিকেশনের পরিপ্রেক্ষিতে, তারা সহজে প্রতিস্থাপনযোগ্য নয় কিন্তু যদি তাপীয় পলাতক সমস্যাটি সমাধান করা যায় তবে স্বর্গে ভারসাম্য পুনরুদ্ধার করা হবে।

কিভাবে আমরা থার্মাল রানওয়ে ইন প্রতিরোধ করতে পারি লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি ?

1. একটি শিখা retardant প্রবর্তন
থার্মাল পলাতক প্রায়ই punctures এবং অনুপযুক্ত চার্জিং থেকে ঘটে.এই ধরনের অগ্নি ঝুঁকি মোকাবেলা করার জন্য, উদ্ভাবকরা একটি তাপীয় তরল ব্যবহার করেছিলেন যাতে একটি শিখা প্রতিরোধক থাকে।

একটি শিখা retardant হল একটি যৌগ যা শিখা উৎপাদনকে বাধা দেয়, দমন করে বা বিলম্ব করে বা আগুনের বিস্তার রোধ করে।

এখানে তারা উচ্চ-ঘনত্বের পলিথিনে শিখা প্রতিরোধক (সাধারণত একটি ব্রোমিন যৌগ) মাইক্রোএনক্যাপসুলেট করেছে এবং ব্যবহৃত তাপীয় তরল প্রস্তুত করতে জল এবং একটি গ্লাইকল যৌগ যোগ করেছে।গ্লাইকল যৌগটি এখানে "অ্যান্টিফ্রিজ" হিসাবে ব্যবহৃত হয় (সাধারণ গ্লাইকল যৌগগুলি হল ইথিলিন গ্লাইকোল, ডাইথাইলিন গ্লাইকোল এবং প্রোপিলিন গ্লাইকল)।

এছাড়াও, উদ্ভাবনটি বেশিরভাগ ইভি ব্যাটারির আলোকে আলোচিত হয়।একটি ব্যাটারি যখন একটি বৈদ্যুতিক গাড়িকে পাওয়ার জন্য বলা হয় তখন তা উত্তপ্ত হয়।তাপীয় তরল পাত্রের মধ্য দিয়ে এবং ব্যাটারির মডিউলগুলির উপর দিয়ে প্রবাহিত হয়।

অতিরিক্ত চার্জের ক্ষেত্রে, বা একটি গাড়ি দুর্ঘটনার ফলে ব্যাটারি পাংচার হয়ে যায়, তাপীয় তরলে শিখা প্রতিরোধক আগুনের ঝুঁকি কমাতে কাজ করে।আরও সঠিকভাবে বললে, আগুনের অতিরিক্ত তাপের কারণে যখন ফাটলের তাপমাত্রা পৌঁছে যায় তখন ব্রোমিন যৌগ মাইক্রোক্যাপসুল ফেটে যায়।শিখা প্রতিরোধক মাইক্রোক্যাপসুল থেকে মুক্তি পায় এবং আগুন নিয়ন্ত্রণে আনতে কাজ করে।

2. ড্যামেজ ইনিশিয়েটিং ডিভাইস ব্যবহার করা
ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের রিজেন্টরা তাপীয় পলাতক সমস্যা কীভাবে মোকাবেলা করতে হয় তা নিয়ে গবেষণায় বেশ সক্রিয় বলে মনে হচ্ছে।

2006 সালে, তারা উচ্চ ইলাস্টিক মডুলাস পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট সম্পর্কিত একটি পেটেন্ট দাখিল করে যা তাপীয় পলাতক প্রতিরোধের জন্য উপযুক্ত (US8703310)।2013 সালে একটি ভিন্ন উদ্ভাবক এই পেটেন্ট (অর্থাৎ US'535) দাখিল করেছেন, ক্ষতি-সূচনাকারী উপকরণ বা ডিভাইস ব্যবহার করে তাপীয় পলাতক প্রশমিত করার বিষয়ে।

আরও স্পষ্টভাবে, তারা একটি থার্মাল রানওয়ে শাটডাউন মেকানিজম তৈরি করেছে যা যান্ত্রিকভাবে বা তাপগতভাবে (অথবা উভয়ই) ট্রিগার করা যেতে পারে, কারণ ব্যাটারির ক্ষতি হয় (অর্থাৎ, থার্মাল রানওয়ে শুরু হওয়ার আগে বা কিছুক্ষণ পরে) এবং এটি শুরু হওয়ার আগেই সমস্যাটির যত্ন নেয়। .

এই ধরনের ভবিষ্যদ্বাণীমূলক বা তাত্ক্ষণিক পাল্টা ব্যবস্থা বিশেষভাবে প্রয়োজন হয় যখন একটি ব্যাটারি প্রভাব বা উচ্চ-চাপের শিকার হয় (যেমন একটি দুর্ঘটনা যেমন আমি পূর্বের পেটেন্ট US'886 এর জন্য উল্লেখ করেছি) এবং এর অভ্যন্তরীণ কাঠামো ক্ষতিগ্রস্ত হয়, যার ফলে অভ্যন্তরীণ শর্টিং হয়।

এটির মূল নীতিটি হল - ব্যাটারিতে একটি যান্ত্রিক লোড প্রয়োগ করা হলে, ক্ষতির সূচনাকারীরা ইলেক্ট্রোডের ব্যাপক ক্ষতি বা ধ্বংসকে ট্রিগার করতে পারে যাতে অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায় যাতে এটি ঘটার আগেই তাপীয় পলাতক প্রশমিত হয়।

এখানে তারা দুই ধরনের ক্ষতির সূচনাকারীর কথা বলেছে -

নিষ্ক্রিয় ক্ষতি initiators

এই ইনিশিয়েটররা ইলেক্ট্রোডের প্রভাবে ক্র্যাকিং বা শূন্যতা শুরু করে, এবং এই ধরনের ফাটল এবং/অথবা শূন্যতা ইলেক্ট্রোডের অভ্যন্তরীণ প্রতিবন্ধকতা বাড়ায় এবং এইভাবে, সম্ভাব্য অভ্যন্তরীণ শর্টিংয়ের সাথে সম্পর্কিত তাপ উত্পাদন হ্রাস করে।এই জাতীয় সংযোজনগুলি ক্র্যাক বা ভয়েড ইনিশিয়েটর (সিভিআই) নামে পরিচিত।

সিভিআই-ইলেক্ট্রোড ইন্টারফেসের ডিবন্ডিং বা শক্ততার অমিল, ফ্র্যাকচার এবং সিভিআই ফেটে যাওয়া ইত্যাদি কারণে ইলেক্ট্রোডের ক্ষতি হতে পারে। প্যাসিভ অ্যাডিটিভের উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে কঠিন বা ছিদ্রযুক্ত কণা, কঠিন বা ফাঁপা/ছিদ্রযুক্ত ফাইবার, এবং টিউব ইত্যাদি। কার্বন উপাদান যেমন গ্রাফাইট, কার্বন ন্যানোটিউব, সক্রিয় কার্বন, কার্বন ব্ল্যাক ইত্যাদি থেকে গঠিত হতে পারে।

সক্রিয় ক্ষতির সূচনাকারী

এই ইনিশিয়েটরগুলি একটি যান্ত্রিক বা তাপীয় লোডিংয়ের উপর একটি উল্লেখযোগ্য ভলিউম বা আকৃতি পরিবর্তন করতে পারে।সক্রিয় ক্ষতির সূচনাকারীর মধ্যে কঠিন বা ছিদ্রযুক্ত কণা, কঠিন বা ফাঁপা পুঁতি, কঠিন বা ফাঁপা/ছিদ্রযুক্ত তন্তু এবং টিউব ইত্যাদি অন্তর্ভুক্ত থাকতে পারে। সক্রিয় ক্ষতির সূচনাকারী আকৃতি-মেমরি অ্যালয় যেমন Ni—Ti, Ni—Ti—Pd, Ni থেকে গঠিত হতে পারে। —Ti—Pt, ইত্যাদি

সময় যে রাসায়নিক নির্গত হয় তাপ পলাতক বিষাক্ত হতে পারে এবং চরম ক্ষেত্রে, থার্মাল পালানোর কারণে বৈদ্যুতিক আগুন এবং/অথবা ব্যাটারি বিস্ফোরিত হতে পারে।ব্যাটারি পরিবেশে পরিবেষ্টিত বায়ু তাপমাত্রাও সঠিকভাবে রক্ষণাবেক্ষণ করতে হবে।এই কারণগুলি নিয়ন্ত্রণ করার সম্ভাবনা হ্রাস করে তাপ পলাতক .

উত্স:https://www.greyb.com/prevent-thermal-runaway-problem-li-ion-batteries/