Sut i Atal Ffrwydrad Batris Lithiwm-Ion oherwydd Rhedeg i Ffwrdd â Thermol?

Mae rhedeg i ffwrdd thermol yn broblem hirsefydlog sydd wedi bygio corfforaethau mawr fel Tesla , Samsung , a Boeing a bach fel ei gilydd.

Cafodd Boeing's Dreamliner 787, a hysbysebodd Boeing fel tanwydd effeithlon 20%, ei seilio yn 2013. Yn yr un flwyddyn, daeth Model S Tesla o dan ymchwiliad diogelwch ffederal ar ôl iddo fynd ar dân o leiaf 3 gwaith.Y llynedd fe wnaeth Samsung gofio 2.5 miliwn o ffôn clyfar Galaxy Note 7.

Ar gyfer pob un o'r tri chwmni, sy'n chwaraewyr gorau eu parth, yr un oedd y broblem - y batris Lithium-Ion a osodwyd yng nghanol eu cynnyrch fel ffynhonnell pŵer.Roedd y batris lithiwm-ion a osodwyd yn Tesla Model S, Dreamliner 787 a Galaxy Note 7 yn ffrwydro'n barhaus.

Pam Mae Batri Ion Lithiwm yn Ffrwydro'n Annisgwyl?

Batris ïon lithiwm yw'r math o fatris a ddefnyddir fwyaf ar draws sawl diwydiant ond, a ydych chi'n gwybod beth sy'n eu gwneud yn beryglus?Os ydych chi'n ymchwilydd sy'n gweithio gyda batris Li-ion, byddech chi'n gwybod mai un o'r prif resymau pam mae'r rhan fwyaf o'r batris lithiwm-ion yn ffrwydro yw oherwydd rhediad thermol.

Beth yw rhediad thermol a pham mai hwn yw prif achos ffrwydradau batri?
Mewn batris Lithiwm-ion, mae catod ac anod yn cael eu gwahanu gan wahanydd polyethylen tenau - weithiau 10 micron.Pan fydd y gwahanydd hwn yn rhwygo, mae cylched fer yn digwydd sy'n cychwyn y broses a elwir yn rhediad thermol.

Mae rhediad thermol yn digwydd fel arfer yn ystod codi tâl.Mae'r tymheredd yn codi'n gyflym i bwynt toddi y lithiwm metelaidd ac yn achosi adwaith treisgar.

Rheswm mawr arall y tu ôl i ffo thermol yw gronynnau metel microsgopig eraill sy'n dod i gysylltiad â gwahanol rannau o'r batri (mae hyn yn digwydd drwy'r amser yn y broses cydosod batri), gan arwain at gylched byr.

Fel arfer, gall cylched byr ysgafn achosi hunan-ollwng uchel ac ychydig o wres a gynhyrchir oherwydd bod yr egni rhyddhau yn isel iawn.Ond, pan fydd digon o ronynnau metel microsgopig yn cydgyfarfod mewn un man, gall byr trydanol mawr ddatblygu a bydd cerrynt sizable yn llifo rhwng y platiau positif a negyddol.

Mae hyn yn achosi i'r tymheredd godi, gan arwain at rediad thermol, y cyfeirir ato hefyd at 'wyntyllu â fflam.'

Yn ystod rhediad thermol, gall gwres uchel y gell sy'n methu ymledu i'r gell nesaf, gan achosi iddi ddod yn ansefydlog yn thermol hefyd.Mewn rhai achosion, mae adwaith cadwynol yn digwydd lle mae pob cell yn dadelfennu yn ôl ei hamserlen ei hun.

Pam Mae Ffrwydrad Batris Li-Ion yn Fater Mawr i Bawb?

Mae'r ffôn clyfar yn eich poced yn cael ei bweru gan a Batri Li-Ion .Maent yn un o'r mathau mwyaf poblogaidd o fatris y gellir eu hailwefru ar gyfer electroneg symudol oherwydd eu dwysedd ynni uchel, effaith cof bach, a hunan-ollwng isel.

Y tu hwnt i electroneg defnyddwyr, mae batris Lithium Ion yn boblogaidd ar gyfer cymwysiadau milwrol, cerbydau trydan ac awyrofod.Er enghraifft, mae batris ïon lithiwm wedi disodli'r batris asid plwm confensiynol a ddefnyddiwyd yn hanesyddol ar gyfer troliau golff a cherbydau cyfleustodau.

Disgwylir i faint y Farchnad Batri Lithiwm-Ion Fyd-eang gyrraedd $ 46.21 biliwn erbyn 2022, gyda CAGR o 10.8% yn ystod y cyfnod 2016-2022.

Ar gyfer rhywbeth sydd wedi dod yn rhan annatod o'n bywyd bob dydd ar gyflymder mor gyflym, byddem yn wir yn peryglu ein bywydau gyda'r batris hyn o'n cwmpas.

O ystyried eu cymwysiadau, nid yw'n hawdd eu disodli ond pe bai modd datrys y broblem rhediad thermol, byddai'r cydbwysedd yn adfer yn baradwys.

Sut Allwn Ni Atal Rhedeg Thermol i Mewn Batris Ion Lithiwm ?

1. Cyflwyno Gwrth Fflam
Mae rhediad thermol yn aml yn digwydd o dyllau a gwefru amhriodol.I atal peryglon tân o'r fath, defnyddiodd y dyfeiswyr hylif thermol sy'n cynnwys gwrth-fflam.

Mae gwrth-fflam yn gyfansoddyn sy'n atal, yn atal neu'n gohirio cynhyrchu fflamau neu'n atal lledaeniad tân.

Yma maent wedi micro-gapsiwleiddio'r gwrth-fflam (cyfansoddyn bromin fel arfer) mewn polyethylen dwysedd uchel ac ychwanegu dŵr a chyfansoddyn glycol i baratoi'r hylif thermol a ddefnyddir.Defnyddir y cyfansoddyn glycol yma fel "gwrthrewydd" (cyfansoddion glycol cyffredin a ddefnyddir yw glycol ethylene, glycol diethylene, a glycol propylen).

Hefyd, mae'r ddyfais yn cael ei drafod yn bennaf yng ngoleuni batris EV.Mae batri pan gaiff ei alw i bweru cerbyd trydan yn cynhesu.Mae hylif thermol yn llifo trwy'r cynhwysydd a thros fodiwlau'r batri.

Mewn achos o or-dâl, neu ddamwain car sy'n arwain at dylliad batri, mae'r gwrth-fflam yn yr hylif thermol yn gweithredu i leihau'r perygl tân.Yn fwy manwl gywir, mae microcapsiwlau cyfansawdd bromin yn rhwygo pan gyrhaeddir tymheredd rhwyg oherwydd gwres gormodol y tân.Mae'r gwrth-fflam yn cael ei ryddhau o'r microcapsiwlau ac yn gweithredu i ddod â'r tân dan reolaeth.

2. Defnyddio Dyfeisiau Cychwyn Difrod
Mae'n ymddangos bod Rhaglywiaid Prifysgol California yn eithaf gweithgar wrth ymchwilio i sut i ddelio â phroblem rhediad thermol.

Yn 2006, fe wnaethant ffeilio patent yn ymwneud ag electrolytau polymer modwlws elastig uchel sy'n addas ar gyfer atal rhediad thermol (US8703310).Mae set wahanol o ddyfeiswyr wedi ffeilio'r patent hwn (hy US'535) yn 2013, ynglŷn â lliniaru rhediad thermol gan ddefnyddio deunyddiau neu ddyfeisiau sy'n achosi difrod.

Yn fwy manwl gywir, maent wedi datblygu mecanwaith cau i ffwrdd thermol y gellir ei sbarduno naill ai'n fecanyddol neu'n thermol (neu'r ddau), wrth i ddifrod batri ddigwydd (hy, cyn neu'n fuan ar ôl i rhediad thermol ddechrau) a gofalu am y broblem cyn y gall hyd yn oed ddechrau .

Mae angen gwrthfesurau rhagfynegol neu ebrwydd o'r fath yn arbennig pan fo batri yn destun trawiad neu bwysedd uchel (fel damwain fel y soniais ar gyfer y patent blaenorol US'886 hefyd) a'i strwythur mewnol wedi'i ddifrodi, gan achosi cwtogi mewnol.

Yr egwyddor sylfaenol y mae'n gweithredu arni yw - wrth i lwyth mecanyddol gael ei gymhwyso i'r batri, gall cychwynwyr difrod achosi difrod eang neu ddinistrio'r electrod fel bod y gwrthiant mewnol yn cynyddu'n sylweddol i liniaru rhediad thermol hyd yn oed cyn y gall ddigwydd.

Yma maen nhw wedi siarad am ddau fath o gychwynwyr difrod -

Dechreuwyr difrod goddefol

Mae'r cychwynwyr hyn yn cychwyn cracio neu wagio mewn electrodau ar drawiad, ac mae craciau a/neu wagleoedd o'r fath yn cynyddu rhwystriant mewnol yr electrod ac, felly, yn lleihau'r gwres a gynhyrchir sy'n gysylltiedig â byrhau mewnol posibl.Gelwir ychwanegion o'r fath yn gychwynwyr craciau neu wagleoedd (CVIs).

Gall yr iawndal electrod gael ei achosi gan ddiffyg bondio neu anystwythder rhwng rhyngwynebau CVI-electrod, toriad, a rhwyg CVI, ac ati. Mae enghreifftiau o ychwanegion goddefol yn cynnwys gronynnau solet neu fandyllog, ffibrau solet neu wag/mandyllog, a thiwbiau, ac ati. Gellir ei ffurfio o ddeunyddiau carbon fel graffit, nanotiwbiau carbon, carbonau actifedig, carbon du, ac ati.

Dechreuwr difrod gweithredol

Gall y cychwynwyr hyn gynhyrchu newid sylweddol mewn cyfaint neu siâp ar lwyth mecanyddol neu thermol.Gall cychwynwyr difrod gweithredol gynnwys gronynnau solet neu fandyllog, gleiniau solet neu wag, ffibrau a thiwbiau solet neu wag/mandyllog, ac ati. Gellir ffurfio cychwynwyr difrod gweithredol o aloion cof siâp fel Ni-Ti, Ni—Ti—Pd, Ni —Ti—Pt, etc.

Y cemegau sy'n cael eu rhyddhau yn ystod rhediad thermol gall fod yn wenwynig ac mewn achosion eithafol, gall rhediad thermol achosi tanau trydanol a/neu fatris i ffrwydro.Rhaid hefyd cynnal tymheredd yr aer amgylchynol yn amgylchedd y batri yn iawn.Mae rheoli'r ffactorau hyn yn lleihau'r potensial ar gyfer rhediad thermol .

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