థర్మల్ రన్అవే కారణంగా లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల పేలుడును ఎలా ఆపాలి?

థర్మల్ రన్అవే అనేది దీర్ఘకాల సమస్య, ఇది వంటి పెద్ద సంస్థలను బగ్ చేసింది టెస్లా , శామ్సంగ్ , మరియు బోయింగ్ మరియు చిన్నది.

బోయింగ్ యొక్క డ్రీమ్‌లైనర్ 787, బోయింగ్ 20% ఇంధన సామర్థ్యమని ప్రచారం చేసింది, ఇది 2013లో నిలిపివేయబడింది. అదే సంవత్సరంలో, టెస్లా యొక్క మోడల్ S కనీసం 3 సార్లు మంటలు చెలరేగడంతో ఫెడరల్ సేఫ్టీ పరిశోధన కిందకు వచ్చింది.గతేడాది శాంసంగ్ 2.5 మిలియన్ల గెలాక్సీ నోట్ 7 స్మార్ట్‌ఫోన్‌ను రీకాల్ చేసింది.

తమ డొమైన్‌లో అగ్రశ్రేణి ప్లేయర్‌లుగా ఉన్న మూడు కంపెనీలకు, సమస్య ఒకే విధంగా ఉంది - వారి ఉత్పత్తి యొక్క గుండెలో పవర్ సోర్స్‌గా ఇన్‌స్టాల్ చేయబడిన లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు.టెస్లా మోడల్ ఎస్, డ్రీమ్‌లైనర్ 787 మరియు గెలాక్సీ నోట్ 7లలో అమర్చబడిన లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు నిరంతరం పేలుతున్నాయి.

లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ అనుకోకుండా ఎందుకు పేలుతుంది?

లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలు అనేక పరిశ్రమలలో ఎక్కువగా ఉపయోగించే బ్యాటరీలు కానీ, వాటిని ప్రమాదకరం చేసేది ఏమిటో మీకు తెలుసా?మీరు Li-ion బ్యాటరీలతో పని చేసే పరిశోధకులైతే, లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలు చాలా వరకు పేలడానికి ప్రధాన కారణం థర్మల్ రన్‌అవే అని మీకు తెలుస్తుంది.

థర్మల్ రన్అవే అంటే ఏమిటి మరియు బ్యాటరీ పేలుళ్లకు ఇది ఎందుకు ప్రధాన కారణం?
లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలలో, కాథోడ్ మరియు యానోడ్ ఒక సన్నని - కొన్నిసార్లు 10 మైక్రాన్ల - పాలిథిలిన్ సెపరేటర్ ద్వారా వేరు చేయబడతాయి.ఈ సెపరేటర్ చీలిపోయినప్పుడు, థర్మల్ రన్‌అవే అనే ప్రక్రియను ప్రారంభించే షార్ట్ సర్క్యూట్ జరుగుతుంది.

ఛార్జింగ్ సమయంలో సాధారణంగా థర్మల్ రన్అవే జరుగుతుంది.లోహ లిథియం యొక్క ద్రవీభవన స్థానానికి ఉష్ణోగ్రత త్వరగా పెరుగుతుంది మరియు హింసాత్మక ప్రతిచర్యకు కారణమవుతుంది.

థర్మల్ రన్‌అవే వెనుక ఉన్న మరొక ప్రధాన కారణం బ్యాటరీలోని వివిధ భాగాలతో టచ్‌లోకి వచ్చే ఇతర మైక్రోస్కోపిక్ మెటల్ కణాలు (బ్యాటరీ అసెంబ్లీ ప్రక్రియలో ఇది అన్ని సమయాలలో జరుగుతుంది), ఫలితంగా షార్ట్-సర్క్యూట్ ఏర్పడుతుంది.

సాధారణంగా, తేలికపాటి షార్ట్ సర్క్యూట్ ఎలివేటెడ్ స్వీయ-ఉత్సర్గానికి కారణమవుతుంది మరియు డిచ్ఛార్జ్ శక్తి చాలా తక్కువగా ఉన్నందున తక్కువ వేడిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది.కానీ, తగినంత మైక్రోస్కోపిక్ లోహ కణాలు ఒక ప్రదేశంలో కలిసినప్పుడు, ఒక ప్రధాన విద్యుత్ షార్ట్ అభివృద్ధి చెందుతుంది మరియు సానుకూల మరియు ప్రతికూల పలకల మధ్య గణనీయమైన విద్యుత్ ప్రవహిస్తుంది.

ఇది ఉష్ణోగ్రత పెరగడానికి కారణమవుతుంది, ఇది థర్మల్ రన్‌అవేకి దారి తీస్తుంది, దీనిని 'వెంటింగ్ విత్ ఫ్లేమ్' అని కూడా సూచిస్తారు.

థర్మల్ రన్‌అవే సమయంలో, విఫలమైన సెల్ యొక్క అధిక వేడి తదుపరి సెల్‌కు వ్యాపిస్తుంది, దీని వలన అది ఉష్ణంగా అస్థిరంగా మారుతుంది.కొన్ని సందర్భాల్లో, ప్రతి కణం దాని స్వంత టైమ్‌టేబుల్‌లో విచ్ఛిన్నమయ్యే గొలుసు ప్రతిచర్య సంభవిస్తుంది.

లి-అయాన్ బ్యాటరీల పేలుడు అందరికీ ఎందుకు ప్రధాన సమస్య?

మీ జేబులో ఉన్న స్మార్ట్‌ఫోన్ a ద్వారా ఆధారితమైనది లి-అయాన్ బ్యాటరీ .అధిక శక్తి సాంద్రత, చిన్న మెమరీ ప్రభావం మరియు తక్కువ స్వీయ-ఉత్సర్గ కారణంగా పోర్టబుల్ ఎలక్ట్రానిక్స్ కోసం పునర్వినియోగపరచదగిన బ్యాటరీల యొక్క అత్యంత ప్రజాదరణ పొందిన రకాల్లో ఇవి ఒకటి.

వినియోగదారు ఎలక్ట్రానిక్స్‌కు మించి, లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలు మిలిటరీ, ఎలక్ట్రిక్ వెహికల్ మరియు ఏరోస్పేస్ అప్లికేషన్‌లకు ప్రసిద్ధి చెందాయి.ఉదాహరణకు, గోల్ఫ్ కార్ట్‌లు మరియు యుటిలిటీ వాహనాలకు చారిత్రాత్మకంగా ఉపయోగించిన సంప్రదాయ లెడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీల స్థానంలో లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలు వచ్చాయి.

గ్లోబల్ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ మార్కెట్ పరిమాణం 2022 నాటికి $46.21 బిలియన్లకు చేరుతుందని అంచనా వేయబడింది, 2016-2022 కాలంలో CAGR 10.8%.

ఇంత వేగంగా మన దైనందిన జీవితంలో అంతర్భాగంగా మారిన దాని కోసం, మన చుట్టూ ఉన్న ఈ బ్యాటరీలను కలిగి ఉండటం వల్ల మనం నిజంగానే మన ప్రాణాలను పణంగా పెట్టి ఉంటాము.

వారి అప్లికేషన్లను బట్టి, వాటిని సులభంగా మార్చలేము కానీ థర్మల్ రన్అవే సమస్యను పరిష్కరించగలిగితే, బ్యాలెన్స్ స్వర్గంలో పునరుద్ధరించబడుతుంది.

థర్మల్ రన్‌అవే ఇన్‌ని ఎలా నిరోధించవచ్చు లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలు ?

1. ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్‌ని పరిచయం చేస్తోంది
థర్మల్ రన్అవే తరచుగా పంక్చర్లు మరియు సరికాని ఛార్జింగ్ నుండి సంభవిస్తుంది.అటువంటి అగ్ని ప్రమాదాలను ఎదుర్కోవడానికి, ఆవిష్కర్తలు జ్వాల నిరోధకాన్ని కలిగి ఉన్న ఉష్ణ ద్రవాన్ని ఉపయోగించారు.

ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్ అనేది జ్వాలల ఉత్పత్తిని నిరోధిస్తుంది, అణిచివేస్తుంది లేదా ఆలస్యం చేస్తుంది లేదా అగ్ని వ్యాప్తిని నిరోధిస్తుంది.

ఇక్కడ వారు అధిక-సాంద్రత కలిగిన పాలిథిలిన్‌లో జ్వాల నిరోధకాన్ని (సాధారణంగా బ్రోమిన్ సమ్మేళనం) మైక్రోఎన్‌క్యాప్సులేట్ చేశారు మరియు ఉపయోగించిన థర్మల్ ద్రవాన్ని సిద్ధం చేయడానికి నీరు మరియు గ్లైకాల్ సమ్మేళనాన్ని జోడించారు.గ్లైకాల్ సమ్మేళనం ఇక్కడ "యాంటీఫ్రీజ్"గా ఉపయోగించబడుతుంది (సాధారణ గ్లైకాల్ సమ్మేళనాలు ఇథిలీన్ గ్లైకాల్, డైథిలిన్ గ్లైకాల్ మరియు ప్రొపైలిన్ గ్లైకాల్).

అలాగే, ఆవిష్కరణ ఎక్కువగా EV బ్యాటరీల వెలుగులో చర్చించబడింది.ఎలక్ట్రిక్ వాహనాన్ని శక్తివంతం చేయడానికి పిలిచినప్పుడు బ్యాటరీ వేడెక్కుతుంది.థర్మల్ ద్రవం కంటైనర్ ద్వారా మరియు బ్యాటరీ యొక్క మాడ్యూల్స్ మీదుగా ప్రవహిస్తుంది.

ఓవర్‌ఛార్జ్ లేదా కారు ప్రమాదం కారణంగా బ్యాటరీ పంక్చర్ అయినప్పుడు, థర్మల్ ఫ్లూయిడ్‌లోని ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్ అగ్ని ప్రమాదాన్ని తగ్గించడానికి పనిచేస్తుంది.మరింత ఖచ్చితంగా, అగ్ని యొక్క అధిక వేడి కారణంగా చీలిక ఉష్ణోగ్రత చేరుకున్నప్పుడు బ్రోమిన్ సమ్మేళనం మైక్రోక్యాప్సూల్స్ పగిలిపోతాయి.జ్వాల రిటార్డెంట్ మైక్రోక్యాప్సూల్స్ నుండి విడుదల చేయబడుతుంది మరియు అగ్నిని అదుపులోకి తీసుకురావడానికి పనిచేస్తుంది.

2. డ్యామేజ్ ఇనిషియేటింగ్ పరికరాలను ఉపయోగించడం
యూనివర్శిటీ ఆఫ్ కాలిఫోర్నియాకు చెందిన రీజెంట్‌లు థర్మల్ రన్‌అవే సమస్యను ఎలా ఎదుర్కోవాలో పరిశోధించడంలో చాలా చురుకుగా ఉన్నట్లు తెలుస్తోంది.

2006లో, వారు థర్మల్ రన్‌అవే (US8703310)ను నిరోధించడానికి అనువైన అధిక సాగే మాడ్యులస్ పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లకు సంబంధించిన పేటెంట్‌ను దాఖలు చేశారు.డ్యామేజ్-ఇనిషియేటింగ్ మెటీరియల్స్ లేదా డివైజ్‌లను ఉపయోగించి థర్మల్ రన్‌అవేని తగ్గించడం గురించి 2013లో వేరే ఆవిష్కర్తలు ఈ పేటెంట్‌ను (అంటే US'535) ఫైల్ చేశారు.

మరింత ఖచ్చితంగా, వారు థర్మల్ రన్‌అవే షట్‌డౌన్ మెకానిజమ్‌ను అభివృద్ధి చేశారు, అది బ్యాటరీ దెబ్బతినడం వల్ల (అంటే, థర్మల్ రన్‌అవే ప్రారంభానికి ముందు లేదా కొద్దిసేపటి తర్వాత) యాంత్రికంగా లేదా థర్మల్‌గా (లేదా రెండూ) ట్రిగ్గర్ చేయబడవచ్చు మరియు సమస్య ప్రారంభం కావడానికి ముందే జాగ్రత్త వహించండి. .

బ్యాటరీ ప్రభావం లేదా అధిక పీడనానికి గురైతే (మునుపటి పేటెంట్ US'886కి కూడా నేను పేర్కొన్న ప్రమాదం వలె) మరియు దాని అంతర్గత నిర్మాణం దెబ్బతిన్నప్పుడు, అంతర్గత షార్ట్‌కి కారణమైనప్పుడు ఇటువంటి అంచనా లేదా తక్షణ ప్రతిఘటనలు ప్రత్యేకంగా అవసరమవుతాయి.

ఇది పనిచేసే ప్రాథమిక సూత్రం ఏమిటంటే - బ్యాటరీకి మెకానికల్ లోడ్ వర్తించబడుతుంది, డ్యామేజ్ ఇనిషియేటర్‌లు ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క విస్తృతమైన నష్టాన్ని లేదా నాశనాన్ని ప్రేరేపిస్తాయి, తద్వారా అది జరగడానికి ముందే థర్మల్ రన్‌అవేని తగ్గించడానికి అంతర్గత నిరోధకత గణనీయంగా పెరుగుతుంది.

ఇక్కడ వారు రెండు రకాల డ్యామేజ్ ఇనిషియేటర్ల గురించి మాట్లాడారు –

నిష్క్రియ నష్టం ప్రారంభకులు

ఈ ఇనిషియేటర్‌లు ప్రభావంపై ఎలక్ట్రోడ్‌లలో పగుళ్లు లేదా వాయిడింగ్‌ను ప్రారంభిస్తాయి మరియు అటువంటి పగుళ్లు మరియు/లేదా శూన్యాలు ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క అంతర్గత ఇంపెడెన్స్‌ను పెంచుతాయి మరియు తద్వారా, సాధ్యమయ్యే అంతర్గత షార్టింగ్‌తో సంబంధం ఉన్న ఉష్ణ ఉత్పత్తిని తగ్గిస్తాయి.ఇటువంటి సంకలనాలను క్రాక్స్ లేదా శూన్యాలు ఇనిషియేటర్స్ (CVIలు) అంటారు.

CVI-ఎలక్ట్రోడ్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ల డీబాండింగ్ లేదా దృఢత్వం అసమతుల్యత, CVI యొక్క పగులు మరియు చీలిక మొదలైన వాటి వల్ల ఎలక్ట్రోడ్ నష్టాలు సంభవించవచ్చు. నిష్క్రియాత్మక సంకలనాల ఉదాహరణలు ఘన లేదా పోరస్ కణాలు, ఘన లేదా బోలు/పోరస్ ఫైబర్‌లు మరియు ట్యూబ్‌లు మొదలైనవి మరియు అవి. గ్రాఫైట్, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు, యాక్టివేటెడ్ కార్బన్‌లు, కార్బన్ బ్లాక్‌లు మొదలైన కార్బన్ పదార్థాల నుండి ఏర్పడవచ్చు.

యాక్టివ్ డ్యామేజ్ ఇనిషియేటర్

ఈ ఇనిషియేటర్‌లు మెకానికల్ లేదా థర్మల్ లోడింగ్‌పై గణనీయమైన వాల్యూమ్ లేదా ఆకార మార్పును ఉత్పత్తి చేయగలవు.యాక్టివ్ డ్యామేజ్ ఇనిషియేటర్‌లలో ఘన లేదా పోరస్ కణాలు, ఘన లేదా బోలు పూసలు, ఘన లేదా బోలు/పోరస్ ఫైబర్‌లు మరియు ట్యూబ్‌లు మొదలైనవి ఉంటాయి. Ni—Ti, Ni—Ti—Pd, Ni వంటి ఆకార-మెమరీ మిశ్రమాల నుండి యాక్టివ్ డ్యామేజ్ ఇనిషియేటర్‌లు ఏర్పడతాయి. —Ti—Pt, మొదలైనవి.

ఆ సమయంలో విడుదలయ్యే రసాయనాలు థర్మల్ రన్అవే విషపూరితం కావచ్చు మరియు తీవ్రమైన సందర్భాల్లో, థర్మల్ రన్‌అవే విద్యుత్ మంటలు మరియు/లేదా బ్యాటరీలు పేలడానికి కారణమవుతుంది.బ్యాటరీ వాతావరణంలో పరిసర గాలి ఉష్ణోగ్రత కూడా సరిగ్గా నిర్వహించబడాలి.ఈ కారకాలను నియంత్రించడం సంభావ్యతను తగ్గిస్తుంది థర్మల్ రన్అవే .

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