Kiel Ĉesigi Eksplodon de Litio-Ionaj Baterioj Pro Termika Fuĝo?

Termika forkuro estas longdaŭra problemo, kiu ĝenis grandajn korporaciojn kiel Teslo , Samsung , kaj Boeing kaj malgrandaj egale.

La Dreamliner 787 de Boeing, kiun Boeing reklamis kiel 20% fuelefika, estis surgrundigita en 2013. En la sama jaro, la Model S de Tesla venis sub federacian sekurecan enketon post kiam ĝi ekbrulis almenaŭ 3 fojojn.Pasintjare Samsung revokis 2.5 milionojn da inteligentaj telefonoj Galaxy Note 7.

Por ĉiuj tri kompanioj, kiuj estas ĉefaj ludantoj de sia domajno, la problemo estis sama - la Litio-jonaj kuirilaroj instalitaj en la koro de sia produkto kiel energifonto.La litiojonaj kuirilaroj instalitaj en Tesla Model S, Dreamliner 787 kaj Galaxy Note 7 eksplodis senĉese.

Kial Litia Jona Baterio Eksplodas Neatendite?

Litiojonaj kuirilaroj estas la plej uzataj tipoj de kuirilaroj tra pluraj industrioj, sed ĉu vi scias, kio faras ilin danĝeraj?Se vi estas esploristo laboranta kun Li-jonaj kuirilaroj, vi scius, ke unu el la ĉefaj kialoj, kial la plej multaj el la litio-jonaj baterioj eksplodas, estas pro termika forkuro.

Kio Estas Termika Fuĝo Kaj Kial Ĝi Estas La Ĉefa Kaŭzo De Bateria Eksplodo?
En Litio-jonaj kuirilaroj, katodo kaj anodo estas apartigitaj per maldika - foje 10 mikronoj - polietilena apartigilo.Kiam ĉi tiu apartigilo krevas, okazas kurta cirkvito, kiu iniciatas la procezon nomatan termika forkuro.

Termika forkuro okazas kutime dum ŝargado.La temperaturo rapide altiĝas al la fandpunkto de la metala litio kaj kaŭzas perfortan reagon.

Alia grava kialo malantaŭ termika forkuriĝo estas aliaj mikroskopaj metalpartikloj venantaj en kontakto kun malsamaj partoj de la baterio (ĉi tio okazas la tutan tempon en la kuirilaro kunigprocezo), rezultigante fuŝkontakton.

Kutime, milda kurta cirkvito povas kaŭzi altigitan mem-senŝargiĝon kaj malmulte da varmo estas generita ĉar la malŝarĝa energio estas tre malalta.Sed, kiam sufiĉe da mikroskopaj metalpartikloj konverĝas al unu loko, granda elektra fuŝkontakto povas formiĝi kaj konsiderinda kurento fluos inter la pozitivaj kaj negativaj platoj.

Ĉi tio igas la temperaturon plialtiĝi, kondukante al termika forkuriĝo, ankaŭ referita al "elventado kun flamo".

Dum termika forkuriĝo, la alta varmeco de la malsukcesa ĉelo povas disvastigi al la venonta ĉelo, igante ĝin iĝi termike malstabila ankaŭ.En kelkaj kazoj, ĉenreakcio okazas en kiu ĉiu ĉelo diseriĝas laŭ sia propra horaro.

Kial Eksplodo De Li-Ionaj Baterioj Estas Grava Problemo Por Ĉiuj?

La inteligenta telefono en via poŝo estas funkciigita de a Li-jona baterio .Ili estas unu el la plej popularaj specoj de reŝargeblaj kuirilaroj por portebla elektroniko pro sia alta energia denseco, eta memorefekto kaj malalta mem-malŝarĝo.

Preter konsumelektroniko, Litijonaj baterioj estas popularaj por armeaj, elektraj veturiloj kaj aerospacaj aplikoj.Ekzemple, litiojonbaterioj anstataŭigis la konvenciajn plumbo-acidajn bateriojn kiuj estis uzitaj historie por golfĉaroj kaj utilveturiloj.

La grandeco de la Tutmonda Litio-jona Bateria Merkato estas atendita atingi $ 46.21 miliardojn antaŭ 2022, kun CAGR de 10.8% dum la periodo 2016-2022.

Por io, kio fariĝis integra parto de nia ĉiutaga vivo tiel rapida, ni ja riskus niajn vivojn havante ĉi tiujn bateriojn ĉirkaŭ ni.

Konsiderante iliajn aplikojn, ili ne estas facile anstataŭeblaj sed se la termika forkurinta problemo povus esti solvita, la ekvilibro restariĝus en paradizo.

Kiel Ni Povas Malhelpi Termikan Forkuriĝon En Litiojonaj Baterioj ?

1. Enkonduko de Flame Retardant
Termika forkuriĝo ofte okazas pro trapikoj kaj nedeca ŝargado.Por kontraŭbatali tiajn fajrodanĝerojn, la inventintoj uzis termikan likvaĵon kiu enhavas kontraŭflamon.

Fajrorezistilo estas kunmetaĵo kiu malhelpas, subpremas aŭ prokrastas la produktadon de flamoj aŭ malhelpas la disvastiĝon de fajro.

Ĉi tie ili havas la mikroenkapsuligitan la flamrezistanton (kutime bromkunmetaĵo) en alta denseca polietileno kaj aldonis akvon kaj glikolkunmetaĵon por prepari la termikan fluidaĵon uzitan.La glikolkunmetaĵo estas uzata ĉi tie kiel "malfrostilo" (oftaj glikolkunmetaĵoj uzitaj estas etilenglikolo, dietilenglikolo, kaj propilenglikolo).

Ankaŭ, la invento estas plejparte diskutita en lumo de EV-kuirilaroj.Baterio kiam vokita por funkciigi elektran veturilon varmiĝas.Termika fluido fluas tra la ujo kaj super la moduloj de la baterio.

Okaze de troŝargo, aŭ aŭtoakcidento rezultanta en bateripikadon, la flamo retardanta en la termika fluidaĵo agas por redukti la fajrodanĝeron.Pli precize, bromkunmetitaj mikrokapsuloj krevas kiam krevtemperaturo estas atingita pro troa varmeco de la fajro.La kontraŭflamo estas liberigita de la mikrokapsuloj kaj agas por regi la fajron.

2. Uzante Damaĝajn Iniciatajn Aparatojn
La Regantoj de la Universitato de Kalifornio ŝajnas sufiĉe aktivaj esplorante kiel trakti termikan forkurintan problemon.

En 2006, ili arkivis patenton ligitan al alta elasta modula polimerelektrolitoj taŭgaj por malhelpi termikan forkuriĝon (US8703310).Malsama aro de inventintoj registris ĉi tiun patenton (t.e. US'535) en 2013, pri mildigado de termika forkuro uzante damaĝajn materialojn aŭ aparatojn.

Pli precize, ili evoluigis termikan forkurantan meĥanismon kiu povas esti ekigita aŭ meĥanike aŭ termike (aŭ ambaŭ), ĉar bateria damaĝo okazas (t.e., antaŭ aŭ baldaŭ post termika forkuro komenciĝas) kaj prizorgas la problemon antaŭ ol ĝi eĉ povas komenciĝi. .

Tiaj antaŭdiraj aŭ tujaj kontraŭrimedoj estas precipe bezonataj kiam baterio estas submetita al efiko aŭ alta premo (kiel akcidento kiel mi menciis ankaŭ por la antaŭa patento US'886) kaj ĝia interna strukturo difektita, kaŭzante internan fuŝkontakton.

La baza principo sur kiu ĝi funkcias estas - ĉar mekanika ŝarĝo estas aplikata al la baterio, damaĝo iniciatintoj povas ekigi ĝeneraligitan damaĝon aŭ detruon de la elektrodo tiel ke la interna rezisto pliiĝas signife por mildigi termikan forkuriĝon eĉ antaŭ ol ĝi povas okazi.

Ĉi tie ili parolis pri du specoj de damaĝaj iniciatintoj –

Pasivaj damaĝaj iniciatintoj

Tiuj iniciatintoj iniciatas fendetiĝon aŭ malplenigon en elektrodoj sur efiko, kaj tiaj fendetoj kaj/aŭ malplenoj pliigas la internan impedancon de la elektrodo kaj, tiel, reduktas varmogeneradon asociitan kun ebla interna fuŝkontakto.Tiaj aldonaĵoj estas konataj kiel fendetoj aŭ malplenaj iniciatintoj (CVIoj).

La elektroddamaĝoj povas esti kaŭzitaj de malligado aŭ rigideca miskongruo de CVI-elektrodaj interfacoj, frakturo kaj rompo de CVI, ktp. Ekzemploj de pasivaj aldonaĵoj inkluzivas solidajn aŭ porajn partiklojn, solidajn aŭ kavajn/porajn fibrojn, kaj tubojn ktp. povas esti formita de karbonaj materialoj kiel ekzemple grafito, karbonaj nanotuboj, aktivigitaj karboj, karbonigruloj, ktp.

Aktiva damaĝo iniciatinto

Tiuj iniciatintoj povas produkti signifan volumenon aŭ formŝanĝon sur mekanika aŭ termika ŝarĝo.Aktivaj damaĝaj iniciatintoj povas inkluzivi solidajn aŭ porajn partiklojn, solidajn aŭ kavajn bidojn, solidajn aŭ kavajn/porajn fibrojn kaj tubojn, ktp. Aktivaj damaĝaj iniciatintoj povas esti formitaj el formmemoraj alojoj kiel Ni—Ti, Ni—Ti—Pd, Ni —Ti—Pt, ktp.

La kemiaĵoj kiuj estas liberigitaj dum termika forkurinto povas esti toksa kaj en ekstremaj kazoj, termika forkurento povas kaŭzi elektrajn fajrojn kaj/aŭ bateriojn eksplodi.La ĉirkaŭa aertemperaturo en la bateria medio ankaŭ devas esti konvene konservita.Kontroli ĉi tiujn faktorojn reduktas la potencialon por termika forkurinto .

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