Bagaimana Untuk Menghentikan Letupan Bateri Litium-Ion Akibat Larian Terma?

Larian haba adalah masalah lama yang telah mengganggu syarikat besar seperti Tesla , Samsung , dan Boeing dan kecil sama.

Dreamliner 787 Boeing, yang diiklankan oleh Boeing sebagai 20% jimat bahan api, telah dibatalkan pada tahun 2013. Pada tahun yang sama, Model S Tesla berada di bawah penyiasatan keselamatan persekutuan selepas ia terbakar sekurang-kurangnya 3 kali.Tahun lepas Samsung menarik balik 2.5 juta telefon pintar Galaxy Note 7.

Bagi ketiga-tiga syarikat, yang merupakan pemain terbaik dalam domain mereka, masalahnya adalah sama – bateri Litium-Ion yang dipasang di tengah-tengah produk mereka sebagai sumber kuasa.Bateri litium-ion yang dipasang di Tesla Model S, Dreamliner 787 dan Galaxy Note 7 meletup secara berterusan.

Mengapa Bateri Litium Ion Meletup Tanpa Diduga?

Bateri litium ion ialah jenis bateri yang paling banyak digunakan merentasi beberapa industri tetapi, adakah anda tahu apa yang menjadikannya berbahaya?Jika anda seorang penyelidik yang bekerja dengan bateri Li-ion, anda akan tahu bahawa salah satu sebab utama mengapa kebanyakan bateri litium-ion meletup adalah kerana pelarian haba.

Apakah Thermal Runaway Dan Mengapa Ia Menjadi Punca Utama Letupan Bateri?
Dalam bateri Litium-ion, katod dan anod dipisahkan oleh pemisah polietilena nipis – kadangkala 10 mikron – polietilena.Apabila pemisah ini pecah, litar pintas berlaku yang memulakan proses yang dipanggil termal runaway.

Larian haba biasanya berlaku semasa pengecasan.Suhu cepat meningkat ke takat lebur litium logam dan menyebabkan tindak balas yang ganas.

Satu lagi sebab utama di sebalik pelarian haba ialah zarah logam mikroskopik lain yang bersentuhan dengan bahagian bateri yang berlainan (ini berlaku sepanjang masa dalam proses pemasangan bateri), mengakibatkan litar pintas.

Biasanya, litar pintas ringan boleh menyebabkan pelepasan diri yang tinggi dan sedikit haba dijana kerana tenaga nyahcas adalah sangat rendah.Tetapi, apabila zarah logam mikroskopik yang mencukupi menumpu pada satu tempat, pintasan elektrik utama boleh berkembang dan arus yang besar akan mengalir di antara plat positif dan negatif.

Ini menyebabkan suhu meningkat, membawa kepada pelarian haba, juga dirujuk kepada 'pengeluaran dengan nyalaan.'

Semasa pelarian haba, haba tinggi sel yang gagal boleh merambat ke sel seterusnya, menyebabkan ia menjadi tidak stabil dari segi haba juga.Dalam sesetengah kes, tindak balas berantai berlaku di mana setiap sel hancur mengikut jadualnya sendiri.

Mengapa Letupan Bateri Li-Ion Menjadi Isu Utama Untuk Semua?

Telefon pintar di dalam poket anda dikuasakan oleh a Bateri Li-Ion .Ia adalah salah satu jenis bateri boleh dicas semula yang paling popular untuk elektronik mudah alih kerana ketumpatan tenaga yang tinggi, kesan memori yang kecil dan nyahcas diri yang rendah.

Di luar elektronik pengguna, bateri Lithium Ion popular untuk aplikasi ketenteraan, kenderaan elektrik dan aeroangkasa.Contohnya, bateri litium ion telah menggantikan bateri asid plumbum konvensional yang telah digunakan secara sejarah untuk kereta golf dan kenderaan utiliti.

Saiz Pasaran Bateri Litium-Ion Global dijangka mencecah $46.21 bilion menjelang 2022, dengan CAGR sebanyak 10.8% dalam tempoh 2016-2022.

Untuk sesuatu yang telah menjadi bahagian penting dalam kehidupan seharian kita pada kadar yang begitu pantas, kita sememangnya akan mempertaruhkan nyawa kita mempunyai bateri ini di sekeliling kita.

Memandangkan aplikasi mereka, mereka tidak mudah diganti tetapi jika masalah pelarian haba dapat diselesaikan, keseimbangan akan pulih di syurga.

Bagaimana Kita Boleh Menghalang Larian Terma Masuk Bateri Litium Ion ?

1. Memperkenalkan Kalis Api
Larian haba selalunya berlaku akibat tusukan dan pengecasan yang tidak betul.Untuk mengatasi bahaya kebakaran tersebut, pencipta menggunakan cecair haba yang mengandungi kalis api.

Kalis api ialah sebatian yang menghalang, menyekat atau melambatkan pengeluaran nyalaan atau menghalang penyebaran api.

Di sini mereka mempunyai mikroenkapsul kalis api (biasanya sebatian bromin) dalam polietilena berketumpatan tinggi dan menambah air dan sebatian glikol untuk menyediakan cecair terma yang digunakan.Kompaun glikol digunakan di sini sebagai "antibeku" (sebatian glikol yang biasa digunakan ialah etilena glikol, dietilena glikol, dan propilena glikol).

Juga, ciptaan ini kebanyakannya dibincangkan berdasarkan bateri EV.Bateri apabila diminta untuk menghidupkan kenderaan elektrik menjadi panas.Bendalir terma mengalir melalui bekas dan ke atas modul bateri.

Sekiranya berlaku lebihan cas, atau kemalangan kereta yang mengakibatkan bateri tertusuk, kalis api dalam bendalir haba bertindak mengurangkan bahaya kebakaran.Lebih tepat lagi, mikrokapsul sebatian bromin pecah apabila suhu pecah dicapai kerana haba api yang berlebihan.Kalis api dilepaskan daripada mikrokapsul dan bertindak mengawal api.

2. Menggunakan Peranti Memulakan Kerosakan
Regents of the University of California nampaknya cukup aktif dalam menyelidik cara menangani masalah larian haba.

Pada tahun 2006, mereka memfailkan paten berkaitan dengan elektrolit polimer modulus elastik tinggi yang sesuai untuk mencegah pelarian haba (US8703310).Satu set pencipta yang berbeza telah memfailkan paten ini (iaitu US'535) pada tahun 2013, tentang mengurangkan pelarian haba menggunakan bahan atau peranti yang memulakan kerosakan.

Lebih tepat lagi, mereka telah membangunkan mekanisme penutupan pelarian haba yang boleh dicetuskan sama ada secara mekanikal atau terma (atau kedua-duanya), apabila kerosakan bateri berlaku (iaitu, sebelum atau sejurus selepas pelarian haba bermula) dan menangani masalah itu sebelum ia boleh bermula. .

Tindakan balas ramalan atau serta-merta sedemikian amat diperlukan apabila bateri mengalami hentaman atau tekanan tinggi (seperti kemalangan seperti yang saya nyatakan untuk paten US'886 sebelumnya juga) dan struktur dalamannya rosak, menyebabkan pintasan dalaman.

Prinsip asas di mana ia beroperasi ialah – apabila beban mekanikal dikenakan pada bateri, pemula kerosakan boleh mencetuskan kerosakan meluas atau kemusnahan elektrod supaya rintangan dalaman meningkat dengan ketara untuk mengurangkan pelarian haba walaupun sebelum ia boleh berlaku.

Di sini mereka telah bercakap tentang dua jenis pemula kerosakan –

Inisiator kerosakan pasif

Inisiator ini memulakan keretakan atau lompang dalam elektrod apabila hentaman, dan retakan dan/atau lompang tersebut meningkatkan impedans dalaman elektrod dan, dengan itu, mengurangkan penjanaan haba yang berkaitan dengan kemungkinan pintasan dalaman.Aditif tersebut dikenali sebagai cracks or voids initiators (CVIs).

Kerosakan elektrod boleh disebabkan oleh ketidakpadanan penyahikatan atau kekakuan antara muka elektrod CVI, patah dan pecah CVI, dsb. Contoh bahan tambah pasif termasuk zarah pepejal atau berliang, gentian pepejal atau berongga/berliang, dan tiub, dsb. dan ia boleh dibentuk daripada bahan karbon seperti grafit, tiub nano karbon, karbon teraktif, karbon hitam, dll.

Pemula kerosakan aktif

Inisiator ini boleh menghasilkan volum atau perubahan bentuk yang ketara apabila beban mekanikal atau haba.Inisiator kerosakan aktif boleh termasuk zarah pepejal atau berliang, manik pepejal atau berongga, gentian dan tiub pepejal atau berongga/berliang, dsb. Pemula kerosakan aktif boleh dibentuk daripada aloi ingatan bentuk seperti Ni—Ti, Ni—Ti—Pd, Ni —Ti—Pt, dsb.

Bahan kimia yang dibebaskan semasa pelarian haba boleh menjadi toksik dan dalam kes yang melampau, pelarian haba boleh menyebabkan kebakaran elektrik dan/atau bateri meletup.Suhu udara ambien dalam persekitaran bateri juga mesti dikekalkan dengan betul.Mengawal faktor ini mengurangkan potensi untuk pelarian haba .

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