थर्मल भगोड़ा के कारण लिथियम-आयन बैटरी विस्फोट को कैसे रोकें?

थर्मल भगोड़ा एक लंबे समय से चली आ रही समस्या है जिसने बड़े निगमों को परेशान किया है टेस्ला , सैमसंग , तथा बोइंग और छोटे समान।

बोइंग का ड्रीमलाइनर 787, जिसे बोइंग ने 20% ईंधन कुशल के रूप में विज्ञापित किया था, 2013 में बंद कर दिया गया था। उसी वर्ष, कम से कम 3 बार आग लगने के बाद टेस्ला का मॉडल एस एक संघीय सुरक्षा जांच के तहत आया था।पिछले साल सैमसंग ने 25 लाख गैलेक्सी नोट 7 स्मार्टफोन वापस मंगाए थे।

सभी तीन कंपनियों के लिए, जो अपने डोमेन के शीर्ष खिलाड़ी हैं, समस्या एक ही थी - लिथियम-आयन बैटरी उनके उत्पाद के दिल में एक शक्ति स्रोत के रूप में स्थापित हैं।टेस्ला मॉडल एस, ड्रीमलाइनर 787 और गैलेक्सी नोट 7 में लगी लीथियम-आयन बैटरी में लगातार विस्फोट हो रहा था।

लिथियम आयन बैटरी अप्रत्याशित रूप से क्यों फट जाती है?

लिथियम आयन बैटरी कई उद्योगों में सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली प्रकार की बैटरी हैं, लेकिन क्या आप जानते हैं कि उन्हें क्या खतरनाक बनाता है?यदि आप ली-आयन बैटरी के साथ काम करने वाले एक शोधकर्ता हैं, तो आपको पता होगा कि अधिकांश लिथियम-आयन बैटरी के फटने का एक प्रमुख कारण थर्मल रनवे है।

थर्मल भगोड़ा क्या है और यह बैटरी विस्फोट का प्रमुख कारण क्यों है?
लिथियम-आयन बैटरी में, कैथोड और एनोड को एक पतले - कभी-कभी 10 माइक्रोन - पॉलीथीन विभाजक द्वारा अलग किया जाता है।जब यह विभाजक फट जाता है, तो एक शॉर्ट सर्किट होता है जो थर्मल रनवे नामक प्रक्रिया को आरंभ करता है।

थर्मल पलायन आमतौर पर चार्जिंग के दौरान होता है।तापमान तेजी से धातु लिथियम के गलनांक तक बढ़ जाता है और एक हिंसक प्रतिक्रिया का कारण बनता है।

थर्मल पलायन के पीछे एक अन्य प्रमुख कारण अन्य सूक्ष्म धातु कण बैटरी के विभिन्न हिस्सों के संपर्क में आना है (यह बैटरी असेंबली प्रक्रिया में हर समय होता है), जिसके परिणामस्वरूप शॉर्ट-सर्किट होता है।

आमतौर पर, एक हल्का शॉर्ट सर्किट एक उच्च स्व-निर्वहन का कारण बन सकता है और थोड़ी गर्मी उत्पन्न होती है क्योंकि निर्वहन ऊर्जा बहुत कम होती है।लेकिन, जब पर्याप्त सूक्ष्म धातु के कण एक स्थान पर अभिसरित होते हैं, तो एक प्रमुख विद्युत शॉर्ट विकसित हो सकता है और सकारात्मक और नकारात्मक प्लेटों के बीच एक बड़ा करंट प्रवाहित होगा।

यह तापमान को बढ़ने का कारण बनता है, जिससे एक थर्मल भगोड़ा होता है, जिसे 'लौ के साथ हवा देना' भी कहा जाता है।

थर्मल भगोड़ा के दौरान, असफल सेल की उच्च गर्मी अगले सेल में फैल सकती है, जिससे यह तापीय रूप से अस्थिर भी हो सकता है।कुछ मामलों में, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है जिसमें प्रत्येक कोशिका अपनी समय सारिणी पर विघटित हो जाती है।

ली-आयन बैटरियों का विस्फोट सभी के लिए एक प्रमुख मुद्दा क्यों है?

आपकी जेब में मौजूद स्मार्टफोन किसके द्वारा संचालित होता है लिथियम - ऑइन बैटरी .वे अपने उच्च ऊर्जा घनत्व, छोटे मेमोरी प्रभाव और कम स्व-निर्वहन के कारण पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए सबसे लोकप्रिय प्रकार की रिचार्जेबल बैटरी में से एक हैं।

उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स से परे, लिथियम आयन बैटरी सैन्य, इलेक्ट्रिक वाहन और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए लोकप्रिय हैं।उदाहरण के लिए, लिथियम आयन बैटरी ने परंपरागत सीसा-एसिड बैटरी को बदल दिया है जो ऐतिहासिक रूप से गोल्फ कार्ट और उपयोगिता वाहनों के लिए इस्तेमाल किया गया है।

2016-2022 की अवधि के दौरान 10.8% के सीएजीआर के साथ वैश्विक लिथियम-आयन बैटरी बाजार का आकार 2022 तक $46.21 बिलियन तक पहुंचने की उम्मीद है।

ऐसी चीज के लिए जो इतनी तेज गति से हमारे रोजमर्रा के जीवन का एक अभिन्न अंग बन गई है, हम वास्तव में इन बैटरियों को अपने चारों ओर रखते हुए अपने जीवन को जोखिम में डाल रहे होंगे।

उनके अनुप्रयोगों को देखते हुए, वे आसानी से बदली नहीं जा सकते हैं, लेकिन अगर थर्मल भगोड़ा समस्या हल हो सकती है, तो स्वर्ग में संतुलन बहाल हो जाएगा।

हम थर्मल रनवे को कैसे रोक सकते हैं लिथियम आयन बैटरी ?

1. एक ज्वाला मंदक का परिचय
थर्मल भगोड़ा अक्सर पंक्चर और अनुचित चार्जिंग से होता है।इस तरह के आग के खतरों का मुकाबला करने के लिए, आविष्कारकों ने एक थर्मल तरल पदार्थ का इस्तेमाल किया जिसमें एक ज्वाला मंदक होता है।

एक ज्वाला मंदक एक यौगिक है जो लपटों के उत्पादन को रोकता है, दबाता है या देरी करता है या आग के प्रसार को रोकता है।

यहां उन्होंने उच्च घनत्व वाले पॉलीथीन में ज्वाला मंदक (आमतौर पर एक ब्रोमीन यौगिक) को माइक्रोएन्कैप्सुलेटेड किया है और उपयोग किए गए थर्मल द्रव को तैयार करने के लिए पानी और एक ग्लाइकोल यौगिक जोड़ा है।ग्लाइकोल यौगिक का उपयोग यहां "एंटीफ्ऱीज़" के रूप में किया जाता है (सामान्य ग्लाइकोल यौगिकों का उपयोग एथिलीन ग्लाइकोल, डायथिलीन ग्लाइकोल और प्रोपिलीन ग्लाइकोल होता है)।

साथ ही, ईवी बैटरी के प्रकाश में आविष्कार की चर्चा ज्यादातर होती है।एक इलेक्ट्रिक वाहन को चलाने के लिए बुलाए जाने पर बैटरी गर्म हो जाती है।थर्मल द्रव कंटेनर के माध्यम से और बैटरी के मॉड्यूल पर बहता है।

ओवरचार्ज या कार दुर्घटना के परिणामस्वरूप बैटरी पंचर होने की स्थिति में, थर्मल द्रव में ज्वाला मंदक आग के खतरे को कम करने का काम करता है।अधिक सटीक रूप से, आग की अधिक गर्मी के कारण टूटने का तापमान पहुंचने पर ब्रोमीन यौगिक माइक्रोकैप्सूल फट जाते हैं।ज्वाला मंदक को माइक्रोकैप्सूल से छोड़ा जाता है और आग को नियंत्रण में लाने का काम करता है।

2. क्षति आरंभ करने वाले उपकरणों का उपयोग करना
थर्मल भगोड़ा समस्या से निपटने के तरीके पर शोध करने के लिए कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के रीजेंट्स काफी सक्रिय प्रतीत होते हैं।

2006 में, उन्होंने थर्मल भगोड़ा (US8703310) को रोकने के लिए उपयुक्त उच्च लोचदार मापांक बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स से संबंधित एक पेटेंट दायर किया।2013 में अन्वेषकों के एक अलग समूह ने यह पेटेंट (अर्थात् US'535) दायर किया है, जो क्षति-प्रारंभ करने वाली सामग्री या उपकरणों का उपयोग करके थर्मल रनवे को कम करने के बारे में है।

अधिक सटीक रूप से, उन्होंने एक थर्मल रनवे शटडाउन मैकेनिज्म विकसित किया है जिसे या तो यंत्रवत् या थर्मल रूप से (या दोनों) ट्रिगर किया जा सकता है, क्योंकि बैटरी की क्षति होती है (यानी, थर्मल रनवे शुरू होने से पहले या उसके तुरंत बाद) और इससे पहले कि समस्या शुरू हो सकती है .

इस तरह के भविष्य कहनेवाला या तात्कालिक प्रत्युपायों की विशेष रूप से आवश्यकता होती है जब एक बैटरी प्रभाव या उच्च दबाव के अधीन होती है (जैसे दुर्घटना जैसा कि मैंने पिछले पेटेंट US'886 के लिए भी उल्लेख किया है) और इसकी आंतरिक संरचना क्षतिग्रस्त हो जाती है, जिससे आंतरिक शॉर्टिंग होती है।

मूल सिद्धांत जिस पर यह संचालित होता है - जैसे ही बैटरी पर एक यांत्रिक भार लागू होता है, क्षति आरंभकर्ता इलेक्ट्रोड के व्यापक नुकसान या विनाश को ट्रिगर कर सकते हैं ताकि थर्मल भगोड़ा को कम करने के लिए आंतरिक प्रतिरोध काफी बढ़ जाए, इससे पहले कि यह हो सके।

यहां उन्होंने दो प्रकार के नुकसान आरंभ करने वालों के बारे में बात की है -

निष्क्रिय क्षति आरंभकर्ता

ये सर्जक प्रभाव पर इलेक्ट्रोड में क्रैकिंग या वॉइसिंग शुरू करते हैं, और ऐसी दरारें और / या वॉयड्स इलेक्ट्रोड के आंतरिक प्रतिबाधा को बढ़ाते हैं और इस प्रकार, संभावित आंतरिक शॉर्टिंग से जुड़ी गर्मी उत्पादन को कम करते हैं।इस तरह के एडिटिव्स को क्रैक्स या वॉयड्स इनिशियेटर्स (सीवीआई) के रूप में जाना जाता है।

इलेक्ट्रोड क्षति सीवीआई-इलेक्ट्रोड इंटरफेस, फ्रैक्चर, और सीवीआई के टूटने आदि के डिबॉन्डिंग या कठोरता बेमेल के कारण हो सकती है। निष्क्रिय योजक के उदाहरणों में ठोस या झरझरा कण, ठोस या खोखले / झरझरा फाइबर, और ट्यूब आदि शामिल हैं और वे कार्बन सामग्री जैसे ग्रेफाइट, कार्बन नैनोट्यूब, सक्रिय कार्बन, कार्बन ब्लैक आदि से बनाया जा सकता है।

सक्रिय क्षति आरंभकर्ता

ये सर्जक एक यांत्रिक या थर्मल लोडिंग पर एक महत्वपूर्ण मात्रा या आकार परिवर्तन का उत्पादन कर सकते हैं।सक्रिय क्षति आरंभकर्ताओं में ठोस या झरझरा कण, ठोस या खोखले मोती, ठोस या खोखले/झरझरा फाइबर और ट्यूब आदि शामिल हो सकते हैं। सक्रिय क्षति आरंभकर्ता आकृति-स्मृति मिश्र धातु जैसे Ni-Ti, Ni-Ti-Pd, Ni —ती—पं., आदि।

के दौरान जो रसायन निकलते हैं बेलगाम उष्म वायु प्रवाह विषाक्त हो सकता है और चरम मामलों में, थर्मल भगोड़ा बिजली की आग और/या बैटरी में विस्फोट कर सकता है।बैटरी वातावरण में परिवेशी वायु तापमान भी ठीक से बनाए रखा जाना चाहिए।इन कारकों को नियंत्रित करने से के लिए क्षमता कम हो जाती है बेलगाम उष्म वायु प्रवाह .

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