Termal qaçış səbəbiylə litium-ion batareyalarının partlamasını necə dayandırmaq olar?

Termal qaçaq kimi böyük korporasiyaları narahat edən uzun müddətdir davam edən problemdir Tesla , Samsung , və Boeing və kiçik eyni.

Boeing-in 20% yanacaq qənaəti ilə reklam etdiyi Boeing Dreamliner 787 təyyarəsi 2013-cü ildə dayandırılmışdı. Elə həmin il Teslanın Model S-i ən azı 3 dəfə alovlandıqdan sonra federal təhlükəsizlik araşdırmasına məruz qaldı.Ötən il Samsung şirkəti 2,5 milyon Galaxy Note 7 smartfonunu geri çağırıb.

Domenlərinin ən yaxşı oyunçuları olan hər üç şirkət üçün problem eyni idi - enerji mənbəyi kimi məhsullarının ürəyinə quraşdırılmış Litium-İon batareyaları.Tesla Model S, Dreamliner 787 və Galaxy Note 7-də quraşdırılmış litium-ion batareyaları davamlı olaraq partlayırdı.

Niyə litium-ion batareyası gözlənilmədən partlayır?

Litium ion batareyaları bir neçə sənayedə ən çox istifadə edilən batareya növüdür, lakin onları nəyin təhlükəli etdiyini bilirsinizmi?Li-ion batareyaları ilə işləyən bir tədqiqatçısınızsa, litium-ion batareyalarının əksəriyyətinin partlamasının əsas səbəblərindən birinin termal qaçaqlıq olduğunu bilirsiniz.

Termal qaçış nədir və niyə batareya partlayışlarının əsas səbəbidir?
Litium-ion batareyalarında katod və anod nazik - bəzən 10 mikron - polietilen ayırıcı ilə ayrılır.Bu ayırıcı parçalandıqda, termal qaçaq adlanan prosesi başlatan qısaqapanma baş verir.

Termal qaçış adətən şarj zamanı baş verir.Temperatur tez metal litiumun ərimə nöqtəsinə qədər yüksəlir və şiddətli reaksiyaya səbəb olur.

Termal qaçırmanın digər əsas səbəbi, batareyanın müxtəlif hissələri ilə təmasda olan digər mikroskopik metal hissəciklərdir (bu, batareyanın yığılması prosesində hər zaman baş verir) və nəticədə qısaqapanma olur.

Adətən, yüngül qısaqapanma yüksək öz-boşalmaya səbəb ola bilər və boşalma enerjisi çox aşağı olduğu üçün az istilik yaranır.Lakin, kifayət qədər mikroskopik metal hissəcikləri bir nöqtədə birləşdikdə, böyük bir elektrik qısaqapanması yarana bilər və müsbət və mənfi plitələr arasında böyük bir cərəyan axacaq.

Bu, temperaturun yüksəlməsinə səbəb olur ki, bu da termal qaçışa gətirib çıxarır, buna "alovla havalandırma" da deyilir.

Termal qaçış zamanı uğursuz hüceyrənin yüksək istiliyi növbəti hüceyrəyə yayıla bilər və bu da onun termal cəhətdən qeyri-sabit olmasına səbəb olur.Bəzi hallarda, hər bir hüceyrənin öz cədvəlində parçalandığı zəncirvari reaksiya baş verir.

Li-ion batareyalarının partlaması niyə hamı üçün əsas problemdir?

Cibinizdəki smartfon a ilə işləyir Li-ion batareya .Onlar yüksək enerji sıxlığı, kiçik yaddaş effekti və aşağı öz-özünə boşalma qabiliyyətinə görə portativ elektronika üçün təkrar doldurulan batareyaların ən populyar növlərindən biridir.

İstehlakçı elektronikasından başqa, Litium İon batareyaları hərbi, elektrik avtomobili və aerokosmik tətbiqlər üçün məşhurdur.Məsələn, litium-ion batareyaları tarixən qolf arabaları və kommunal avtomobillər üçün istifadə edilən adi qurğuşun-turşu batareyalarını əvəz etdi.

Qlobal Litium-Ion Batareya Bazarının həcminin 2016-2022-ci illər ərzində 10,8% CAGR ilə 2022-ci ilə qədər 46,21 milyard dollara çatacağı gözlənilir.

Belə bir sürətlə gündəlik həyatımızın ayrılmaz bir hissəsinə çevrilmiş bir şey üçün, ətrafımızda bu batareyalara sahib olmaqla həyatımızı riskə atmış olarıq.

Tətbiqlərini nəzərə alaraq, onlar asanlıqla dəyişdirilə bilməz, lakin termal qaçaq problemi həll olunarsa, tarazlıq cənnətdə bərpa ediləcəkdir.

Termal qaçaqlığın qarşısını necə ala bilərik Litium ion batareyaları ?

1. Alov gecikdiricinin təqdimatı
Termal qaçış tez-tez ponksiyonlar və düzgün doldurulmaması nəticəsində baş verir.Bu cür yanğın təhlükələri ilə mübarizə aparmaq üçün ixtiraçılar alov gecikdiricisi olan termal mayedən istifadə etdilər.

Alov gecikdirici, alov istehsalını maneə törədən, yatıran və ya gecikdirən və ya yanğının yayılmasının qarşısını alan bir birləşmədir.

Burada onlar yüksək sıxlıqlı polietilendə alov gecikdiricini (adətən brom birləşməsini) mikrokapsullaşdırdılar və istifadə olunan termal mayeni hazırlamaq üçün su və qlikol birləşməsini əlavə etdilər.Burada qlikol birləşməsindən “antifriz” kimi istifadə olunur (istifadə olunan ümumi qlikol birləşmələri etilen qlikol, dietilen qlikol və propilen qlikoldur).

Həmçinin, ixtira daha çox EV batareyaları işığında müzakirə edilir.Elektrikli avtomobili işə salmaq üçün istifadə edildikdə akkumulyator qızdırılır.Termal maye konteynerdən və batareyanın modulları üzərindən axır.

Həddindən artıq yüklənmə və ya batareyanın deşilməsi ilə nəticələnən avtomobil qəzası halında, termal mayenin tərkibindəki alov gecikdirici yanğın təhlükəsini azaltmaq üçün fəaliyyət göstərir.Daha dəqiq desək, brom birləşmələri mikrokapsulaları yanğının həddindən artıq istiliyi səbəbindən qırılma temperaturuna çatdıqda parçalanır.Alov gecikdirici mikrokapsullardan ayrılır və yanğını nəzarət altına almaq üçün fəaliyyət göstərir.

2. Zərərlərə səbəb olan qurğulardan istifadə
Kaliforniya Universitetinin regentləri termal qaçaq problemi ilə necə məşğul olmağın araşdırılmasında olduqca aktiv görünürlər.

2006-cı ildə onlar termal qaçaqlığın qarşısını almaq üçün uyğun olan yüksək elastik modullu polimer elektrolitlərlə bağlı patent verdilər (US8703310).Fərqli ixtiraçılar dəsti 2013-cü ildə bu patenti (yəni US'535), zədələnməyə səbəb olan materiallardan və ya cihazlardan istifadə edərək termal qaçaqçılığın azaldılmasına dair müraciət etmişdir.

Daha dəqiq desək, onlar batareyanın zədələnməsi zamanı (yəni termal qaçış başlamazdan əvvəl və ya qısa müddət sonra) mexaniki və ya termal (yaxud hər ikisi) işə salına bilən termal qaçaq bağlanma mexanizmini işləyib hazırlayıblar və hələ başlamazdan əvvəl problemi həll edirlər. .

Bu cür proqnozlaşdırıcı və ya ani əks tədbirlər xüsusilə batareyanın təsirə və ya yüksək təzyiqə (əvvəlki US'886 patentində qeyd etdiyim kimi qəza kimi) məruz qaldıqda və onun daxili strukturu zədələndikdə, daxili qısaqapanmaya səbəb olduqda lazımdır.

Onun fəaliyyət göstərdiyi əsas prinsip ondan ibarətdir ki, akkumulyatora mexaniki yük tətbiq olunduqda, zərərin təşəbbüskarları elektrodun geniş yayılmış zədələnməsinə və ya məhvinə səbəb ola bilər ki, daxili müqavimət hətta baş verməzdən əvvəl termal qaçaqlığı azaltmaq üçün əhəmiyyətli dərəcədə artır.

Burada iki növ zərər təşəbbüskarı haqqında danışdılar –

Passiv zərərin təşəbbüskarları

Bu təşəbbüskarlar zərbə zamanı elektrodlarda krekinq və ya boşluq yaradır və belə çatlar və/yaxud boşluqlar elektrodun daxili empedansını artırır və beləliklə, mümkün daxili qısaqapanma ilə bağlı istilik əmələ gəlməsini azaldır.Bu cür əlavələr çatlar və ya boşluqların təşəbbüskarları (CVI) kimi tanınır.

Elektrodun zədələnməsi CVI-elektrod interfeyslərinin bağlanması və ya sərtliyinin uyğunsuzluğu, CVI-nın qırılması və qopması və s. nəticəsində yarana bilər. Passiv əlavələrə misal olaraq bərk və ya məsaməli hissəciklər, bərk və ya içi boş/məsaməli liflər, borular və s. daxildir. qrafit, karbon nanoborucuqları, aktivləşdirilmiş karbonlar, karbon qaraları və s. kimi karbon materiallarından əmələ gələ bilər.

Aktiv zərər təşəbbüskarı

Bu təşəbbüskarlar mexaniki və ya termal yükləmə zamanı əhəmiyyətli həcm və ya forma dəyişikliyi yarada bilər.Aktiv zədə təşəbbüskarlarına bərk və ya məsaməli hissəciklər, bərk və ya içi boş muncuqlar, bərk və ya içi boş/məsaməli liflər və borular və s. daxil ola bilər. Aktiv zədə təşəbbüskarları Ni-Ti, Ni-Ti-Pd, Ni kimi forma yaddaşlı ərintilərdən əmələ gələ bilər. —Ti—Pt və s.

zamanı sərbəst buraxılan kimyəvi maddələr termal qaçaq zəhərli ola bilər və həddindən artıq hallarda termal qaçaqlıq elektrik yanğınlarına və/yaxud batareyaların partlamasına səbəb ola bilər.Batareya mühitində ətraf havanın temperaturu da düzgün saxlanılmalıdır.Bu amillərə nəzarət etmək potensialı azaldır termal qaçaq .

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