Hoe om die ontploffing van litium-ioonbatterye as gevolg van termiese weghol te keer?

Termiese weghol is 'n langdurige probleem wat groot korporasies soos Tesla , Samsung , en Boeing en klein gelyk.

Boeing se Dreamliner 787, wat deur Boeing as 20% brandstofdoeltreffend geadverteer word, is in 2013 gegrond. In dieselfde jaar het Tesla se Model S onder 'n federale veiligheidsondersoek gekom nadat dit ten minste 3 keer aan die brand geslaan het.Verlede jaar het Samsung 2,5 miljoen Galaxy Note 7-slimfone herroep.

Vir al die drie maatskappye, wat topspelers van hul domein is, was die probleem dieselfde – die litium-ioonbatterye wat in die hart van hul produk as 'n kragbron geïnstalleer is.Die litiumioonbatterye wat in Tesla Model S, Dreamliner 787 en Galaxy Note 7 geïnstalleer is, het voortdurend ontplof.

Waarom ontplof 'n litiumioonbattery onverwags?

Litiumioonbatterye is die mees gebruikte tipe batterye in verskeie industrieë, maar weet jy wat dit gevaarlik maak?As jy 'n navorser is wat met Li-ioon-batterye werk, sal jy weet dat een van die belangrikste redes waarom die meeste van die litium-ioon-batterye ontplof, weens termiese weghol is.

Wat is termiese weghol en hoekom is dit die hoofoorsaak van batteryontploffings?
In litiumioonbatterye word katode en anode geskei deur 'n dun – soms 10 mikron – poliëtileenskeier.Wanneer hierdie skeier breek, vind 'n kortsluiting plaas wat die proses wat termiese weghol genoem word, begin.

Termiese weghol gebeur gewoonlik tydens laai.Die temperatuur styg vinnig tot die smeltpunt van die metaallitium en veroorsaak 'n hewige reaksie.

Nog 'n groot rede agter termiese weghol is ander mikroskopiese metaaldeeltjies wat met verskillende dele van die battery in aanraking kom (dit gebeur heeltyd in die batterysamestellingsproses), wat 'n kortsluiting tot gevolg het.

Gewoonlik kan 'n ligte kortsluiting 'n verhoogde selfontlading veroorsaak en min hitte word opgewek omdat die ontladingsenergie baie laag is.Maar wanneer genoeg mikroskopiese metaaldeeltjies op een plek konvergeer, kan 'n groot elektriese kortsluiting ontwikkel en 'n aansienlike stroom sal tussen die positiewe en negatiewe plate vloei.

Dit veroorsaak dat die temperatuur styg, wat lei tot 'n termiese weghol, ook verwys na 'ontluchting met vlam'.

Tydens 'n termiese weghol kan die hoë hitte van die faalende sel na die volgende sel voortplant, wat veroorsaak dat dit ook termies onstabiel word.In sommige gevalle vind 'n kettingreaksie plaas waarin elke sel op sy eie rooster disintegreer.

Waarom is ontploffing van li-ioonbatterye 'n groot probleem vir almal?

Die slimfoon in jou sak word aangedryf deur 'n Li-ioon battery .Hulle is een van die gewildste tipes herlaaibare batterye vir draagbare elektronika vanweë hul hoë energiedigtheid, klein geheue-effek en lae selfontlading.

Behalwe vir verbruikerselektronika, is litiumioonbatterye gewild vir militêre, elektriese voertuig- en lugvaarttoepassings.Byvoorbeeld, litiumioonbatterye het die konvensionele loodsuurbatterye vervang wat histories vir gholfkarretjies en nutsvoertuie gebruik is.

Die globale litium-ioonbatterymarkgrootte sal na verwagting $46.21 miljard teen 2022 bereik, met 'n CAGR van 10.8% gedurende die tydperk 2016-2022.

Vir iets wat teen so 'n vinnige pas 'n integrale deel van ons alledaagse lewe geword het, sou ons inderdaad ons lewens waag met hierdie batterye om ons.

Gegewe hul toepassings is hulle nie maklik vervangbaar nie, maar as die termiese wegholprobleem opgelos kon word, sou die balans in die paradys herstel.

Hoe kan ons voorkom dat termiese weghol in Litium-ioonbatterye ?

1. Bekendstelling van 'n Vlamvertrager
Termiese weghol kom dikwels voor as gevolg van gate en onbehoorlike laai.Om sulke brandgevare teë te werk, het die uitvinders 'n termiese vloeistof gebruik wat 'n vlamvertrager bevat.

'n Vlamvertrager is 'n verbinding wat die produksie van vlamme inhibeer, onderdruk of vertraag of die verspreiding van vuur voorkom.

Hier het hulle die vlamvertrager (gewoonlik 'n broomverbinding) in 'n hoëdigtheid poliëtileen gemikro-inkapsuleer en water en 'n glikolverbinding bygevoeg om die termiese vloeistof wat gebruik word, voor te berei.Die glikolverbinding word hier as "vriesmiddel" gebruik (algemene glikolverbindings wat gebruik word, is etileenglikol, dietileenglikol en propileenglikol).

Die uitvinding word ook meestal bespreek in die lig van EV-batterye.Wanneer 'n battery gevra word om 'n elektriese voertuig aan te dryf, word dit warm.Termiese vloeistof vloei deur die houer en oor die modules van die battery.

In die geval van 'n oorlading, of 'n motorongeluk wat lei tot 'n batterylek, werk die vlamvertrager in die termiese vloeistof om die brandgevaar te verminder.Meer presies, broomverbindings-mikrokapsules bars wanneer breuktemperatuur bereik word as gevolg van oormatige hitte van die vuur.Die vlamvertrager word uit die mikrokapsules vrygestel en dien om die brand onder beheer te bring.

2. Gebruik van skade-inisiasie-toestelle
Die Regents van die Universiteit van Kalifornië blyk taamlik aktief te wees om te ondersoek hoe om die termiese wegholprobleem te hanteer.

In 2006 het hulle 'n patent ingedien wat verband hou met hoë elastiese modulus polimeer elektroliete wat geskik is om termiese weghol te voorkom (US8703310).'n Ander stel uitvinders het hierdie patent (dws US'535) in 2013 ingedien oor die versagting van termiese weghol deur gebruik te maak van materiaal of toestelle wat skade veroorsaak.

Meer presies, hulle het 'n termiese weghol-afskakelmeganisme ontwikkel wat óf meganies óf termies (of albei) geaktiveer kan word, aangesien batteryskade plaasvind (dws voor of kort nadat termiese weghol begin) en die probleem versorg voordat dit selfs kan begin .

Sulke voorspellende of oombliklike teenmaatreëls is veral nodig wanneer 'n battery aan impak of hoë druk onderwerp word (soos 'n ongeluk soos ek genoem het vir die vorige patent US'886 ook) en sy interne struktuur beskadig is, wat interne kortsluiting veroorsaak.

Die basiese beginsel waarop dit werk, is – soos 'n meganiese las op die battery toegepas word, kan skade-inisieerders wydverspreide skade of vernietiging van die elektrode veroorsaak sodat die interne weerstand aansienlik verhoog om termiese weghol te versag selfs voordat dit kan gebeur.

Hier het hulle gepraat oor twee soorte skade-inisieerders –

Passiewe skade-inisieerders

Hierdie inisieerders begin krake of leegmaak in elektrodes by impak, en sulke krake en/of leemtes verhoog die interne impedansie van die elektrode en verminder dus hitte-opwekking wat verband hou met moontlike interne kortsluiting.Sulke bymiddels staan ​​bekend as krake of leemte-inisieerders (CVI's).

Die elektrodeskade kan veroorsaak word deur ontbinding of styfheidswanpassing van CVI-elektrode-koppelvlakke, breuk en breuk van CVI, ens. Voorbeelde van passiewe bymiddels sluit in vaste of poreuse deeltjies, soliede of hol/poreuse vesels, en buise, ens. kan gevorm word uit koolstofmateriale soos grafiet, koolstofnanobuise, geaktiveerde koolstof, koolstofswart, ens.

Aktiewe skade inisieerder

Hierdie inisieerders kan 'n aansienlike volume- of vormverandering op 'n meganiese of termiese laai veroorsaak.Aktiewe skade-inisieerders kan soliede of poreuse deeltjies, soliede of hol krale, soliede of hol/poreuse vesels en buise, ens insluit. Aktiewe skade-inisieerders kan gevorm word uit vormgeheue-legerings soos Ni—Ti, Ni—Ti—Pd, Ni —Ti—Pt, ens.

Die chemikalieë wat vrygestel word tydens termiese weghol kan giftig wees en in uiterste gevalle kan termiese weghol elektriese brande en/of batterye laat ontplof.Die omringende lugtemperatuur in die battery-omgewing moet ook behoorlik gehandhaaf word.Die beheer van hierdie faktore verminder die potensiaal vir termiese weghol .

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