Cum să opriți explozia bateriilor cu litiu-ion din cauza fugării termice?

Evacuarea termică este o problemă de lungă durată care a afectat mari corporații, cum ar fi Tesla , Samsung , și Boeing și mici deopotrivă.

Dreamliner 787 de la Boeing, pe care Boeing l-a anunțat ca fiind eficient cu 20% din combustibil, a fost pus la pământ în 2013. În același an, Model S de la Tesla a intrat într-o investigație federală de siguranță după ce a luat foc de cel puțin 3 ori.Anul trecut, Samsung a rechemat 2,5 milioane de smartphone-uri Galaxy Note 7.

Pentru toate cele trei companii, care sunt jucători de top în domeniul lor, problema a fost aceeași – bateriile Litiu-Ion instalate în inima produsului lor ca sursă de energie.Bateriile litiu-ion instalate în Tesla Model S, Dreamliner 787 și Galaxy Note 7 explodau continuu.

De ce o baterie litiu-ion explodează în mod neașteptat?

Bateriile cu litiu-ion sunt cel mai folosit tip de baterii din mai multe industrii, dar știți ce le face periculoase?Dacă sunteți un cercetător care lucrează cu baterii Li-ion, ați ști că unul dintre motivele majore pentru care majoritatea bateriilor litiu-ion explodează este din cauza evadării termice.

Ce este fuga termică și de ce este cauza principală a exploziilor bateriei?
În bateriile litiu-ion, catodul și anodul sunt separate printr-un separator subțire de polietilenă – uneori de 10 microni.Când acest separator se rupe, are loc un scurtcircuit care inițiază procesul numit evadare termică.

Evadarea termică are loc de obicei în timpul încărcării.Temperatura crește rapid până la punctul de topire al litiului metalic și provoacă o reacție violentă.

Un alt motiv major din spatele evadării termice este alte particule de metal microscopice care vin în contact cu diferite părți ale bateriei (acest lucru se întâmplă tot timpul în procesul de asamblare a bateriei), ducând la un scurtcircuit.

De obicei, un scurtcircuit ușor poate provoca o autodescărcare crescută și se generează puțină căldură deoarece energia de descărcare este foarte scăzută.Dar, atunci când suficiente particule de metal microscopice converg într-un singur loc, se poate dezvolta un scurtcircuit electric major și un curent considerabil va curge între plăcile pozitive și negative.

Acest lucru face ca temperatura să crească, ceea ce duce la o evadare termică, denumită și „ventilare cu flacără”.

În timpul unei evadari termice, căldura mare a celulei defectuoase se poate propaga la următoarea celulă, determinând-o să devină instabilă și termic.În unele cazuri, are loc o reacție în lanț în care fiecare celulă se dezintegrează la propriul orar.

De ce este explozia bateriilor Li-Ion o problemă majoră pentru toți?

Smartphone-ul din buzunar este alimentat de un Baterie Li-Ion .Sunt unul dintre cele mai populare tipuri de baterii reîncărcabile pentru electronice portabile datorită densității mari de energie, efectului de memorie mic și autodescărcării reduse.

Dincolo de electronicele de larg consum, bateriile cu ioni de litiu sunt populare pentru aplicații militare, vehicule electrice și aerospațiale.De exemplu, bateriile cu ioni de litiu au înlocuit bateriile convenționale cu plumb-acid care au fost folosite în trecut pentru cărucioarele de golf și vehiculele utilitare.

Dimensiunea pieței globale de baterii litiu-ion este de așteptat să ajungă la 46,21 miliarde USD până în 2022, cu un CAGR de 10,8% în perioada 2016-2022.

Pentru ceva care a devenit o parte integrantă a vieții noastre de zi cu zi într-un ritm atât de rapid, ne-am risca într-adevăr viața având aceste baterii în jurul nostru.

Având în vedere aplicațiile lor, nu sunt ușor de înlocuit, dar dacă problema evaporării termice ar putea fi rezolvată, echilibrul s-ar restabili în paradis.

Cum putem preveni evadarea termică Baterii litiu-ion ?

1. Prezentarea unui ignifug
Evadarea termică apare adesea din cauza perforațiilor și încărcării necorespunzătoare.Pentru a contracara astfel de pericole de incendiu, inventatorii au folosit un fluid termic care conține un ignifug.

Un ignifug este un compus care inhibă, suprimă sau întârzie producerea flăcărilor sau previne răspândirea focului.

Aici au microîncapsulat retardantul de flacără (de obicei un compus de brom) în polietilenă de înaltă densitate și au adăugat apă și un compus de glicol pentru a prepara fluidul termic utilizat.Compusul de glicol este folosit aici ca „antigel” (compușii obișnuiți de glicol utilizați sunt etilenglicolul, dietilenglicolul și propilenglicolul).

De asemenea, invenția este discutată în principal în lumina bateriilor EV.O baterie atunci când este solicitată să alimenteze un vehicul electric se încălzește.Fluidul termic curge prin recipient și peste modulele bateriei.

În cazul unei supraîncărcări sau al unui accident de mașină care are ca rezultat o perforare a bateriei, agentul ignifug din fluidul termic acționează pentru a reduce pericolul de incendiu.Mai precis, microcapsulele compusului de brom se rup atunci când temperatura de rupere este atinsă din cauza căldurii excesive a focului.Ignifugul este eliberat din microcapsule și acționează pentru a aduce focul sub control.

2. Utilizarea dispozitivelor care inițiază daune
Regenții Universității din California par să fie destul de activi în cercetarea modului de a face față problemei de fuga termică.

În 2006, au depus un brevet referitor la electroliții polimeri cu modul elastic de înalt adecvați pentru prevenirea evadării termice (US8703310).Un alt set de inventatori a depus acest brevet (adică US'535) în 2013, despre atenuarea evadării termice folosind materiale sau dispozitive care inițiază daune.

Mai precis, au dezvoltat un mecanism de oprire termică care poate fi declanșată fie mecanic, fie termic (sau ambele), pe măsură ce se produce deteriorarea bateriei (adică înainte sau la scurt timp după pornirea evaporării termice) și se ocupă de problemă înainte ca aceasta să poată începe. .

Asemenea contramăsuri predictive sau instantanee sunt necesare în special atunci când o baterie este supusă la impact sau presiune înaltă (ca un accident, așa cum am menționat și pentru brevetul anterior US'886) și structura sa internă este deteriorată, provocând scurtcircuitare.

Principiul de bază pe baza căruia funcționează este – pe măsură ce o sarcină mecanică este aplicată bateriei, inițiatorii de deteriorare pot declanșa deteriorarea pe scară largă sau distrugerea electrodului, astfel încât rezistența internă să crească semnificativ pentru a atenua evadarea termică chiar înainte de a se produce.

Aici au vorbit despre două tipuri de inițiatori de daune –

Inițiatori pasivi de daune

Acești inițiatori inițiază fisurarea sau golirea electrozilor la impact și astfel de fisuri și/sau goluri cresc impedanța internă a electrodului și, astfel, reduc generarea de căldură asociată cu posibilul scurtcircuit intern.Astfel de aditivi sunt cunoscuți ca inițiatori de fisuri sau goluri (CVI).

Deteriorările electrodului pot fi cauzate de delipirea sau nepotrivirea rigidității interfețelor CVI-electrod, fractura și ruptura CVI etc. Exemplele de aditivi pasivi includ particule solide sau poroase, fibre solide sau goale/poroase și tuburi etc. poate fi format din materiale carbonice precum grafit, nanotuburi de carbon, carbon activ, negru de fum etc.

Inițiator activ de deteriorare

Acești inițiatori pot produce o modificare semnificativă a volumului sau a formei la o încărcare mecanică sau termică.Inițiatorii activi de deteriorare pot include particule solide sau poroase, margele solide sau goale, fibre și tuburi solide sau goale/poroase etc. Inițiatorii activi de deteriorare pot fi formați din aliaje cu memorie de formă, cum ar fi Ni-Ti, Ni-Ti-Pd, Ni —Ti—Pt etc.

Substanțele chimice care sunt eliberate în timpul fuga termică poate fi toxic și, în cazuri extreme, evadarea termică poate provoca incendii electrice și/sau explozia bateriilor.Temperatura aerului ambiant din mediul bateriei trebuie de asemenea menținută corespunzător.Controlul acestor factori reduce potențialul de fuga termică .

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