Nola gelditu litio-ioizko baterien leherketa, ihes termikoaren ondorioz?

Ihes termikoa aspaldiko arazoa da, eta korporazio handiei kalte egin die Tesla , Samsung , eta Boeing eta txikiak berdin.

Boeing-en Dreamliner 787, Boeing-ek %20ko erregai eraginkorra zela iragartzen zuena, 2013an ezarri zen. Urte berean, Teslaren Model S-a segurtasun federalaren ikerketa baten menpe egon zen, gutxienez 3 aldiz su hartu ondoren.Iaz Samsung-ek 2,5 milioi Galaxy Note 7 telefono mugikorra ekarri zuen gogora.

Hiru konpainientzat, hau da, beren domeinuko jokalari nagusiak, arazoa bera zen: beren produktuaren bihotzean instalatutako litio-ioizko bateriak energia iturri gisa.Tesla Model S, Dreamliner 787 eta Galaxy Note 7-n instalatutako litio-ioizko bateriak etengabe lehertzen ari ziren.

Zergatik lehertzen da litio-ioizko bateria batek ustekabean?

Litio ioizko bateriak hainbat industriatan gehien erabiltzen diren bateriak dira, baina ba al dakizu zerk egiten dituen arriskutsuak?Li-ioizko pilekin lan egiten duen ikertzailea bazara, jakingo zenuke litio-ioizko bateria gehienak lehertzearen arrazoi nagusietako bat ihes termikoaren ondorioz dela.

Zer da ihes termikoa eta zergatik da bateria leherketen arrazoi nagusia?
Litio-ioizko piletan, katodoa eta anodoa polietilenozko bereizgailu mehe batek (batzuetan 10 mikrakoak) bereizten dira.Bereizle hau hausten denean, zirkuitu labur bat gertatzen da eta horrek ihes termiko izeneko prozesuari hasiera ematen dio.

Ihesaldi termikoa kargatzean gertatzen da normalean.Tenperatura azkar igotzen da litio metalikoaren urtze puntura eta erreakzio bortitza eragiten du.

Ihesaldi termikoaren atzean dagoen beste arrazoi nagusietako bat bateriaren zati ezberdinekin kontaktuan jartzen diren metalezko partikula mikroskopiko batzuk dira (bateria muntatzeko prozesuan gertatzen da denbora guztian), zirkuitulaburra sortzen delarik.

Normalean, zirkuitu labur arin batek autodeskarga altua eragin dezake eta bero gutxi sortzen da, deskarga-energia oso baxua delako.Baina, metal-partikula mikroskopiko nahikoa puntu batean bat egiten dutenean, korronte elektriko handi bat garatu daiteke eta plaka positibo eta negatiboen artean korronte handi bat igaroko da.

Horrek tenperatura igotzea eragiten du, ihes termiko bat eraginez, "suarekin aireztatzea" ere aipatzen da.

Ihesaldi termiko batean, huts egiten ari den zelularen bero handia hurrengo zelulara heda daiteke, termikoki ere ezegonkorra izatea eraginez.Zenbait kasutan, kate-erreakzio bat gertatzen da, zelula bakoitza bere ordutegian desegiten den.

Zergatik da Li-Ioi baterien eztanda arazo nagusia guztientzako?

Poltsikoan duzun telefonoa a-rekin elikatzen da Li-Ioi bateria .Elektronika eramangarrietarako bateria kargagarrien artean ezagunenetako bat dira, energia dentsitate handiagatik, memoria efektu txikiagatik eta autodeskarga baxuagatik.

Kontsumo elektronikotik haratago, litio-ioizko bateriak ezagunak dira militar, ibilgailu elektriko eta aeroespazio aplikazioetarako.Esaterako, litio-ioizko bateriek golf-gurdietarako eta ibilgailu erabilgarrietarako erabili izan diren berun-azidozko ohiko bateriak ordezkatu dituzte.

Litio-ioizko bateriaren merkatu globalaren tamaina 2022rako 46.210 mila milioi dolarretara iritsiko dela espero da, 2016-2022 aldian % 10,8ko CAGRarekin.

Hain erritmo azkarrean gure eguneroko bizitzaren osagai bihurtu den zerbaitengatik, benetan arriskuan jarriko ginateke gure bizitza bateria horiek gure inguruan edukitzea.

Haien aplikazioak kontuan hartuta, ez dira erraz ordezkatzen baina ihes termikoaren arazoa konponduko balitz, oreka paradisuan berreskuratuko litzateke.

Nola saihestu dezakegu ihes termikoa Litio ioizko bateriak ?

1. Flame Retardant bat aurkezten
Ihesaldi termikoa zulatu eta karga desegokiengatik gertatzen da.Su-arrisku horiei aurre egiteko, asmatzaileek suaren atzerapen bat duen fluido termiko bat erabili zuten.

Suaren atzerapena sugarraren produkzioa galarazten, zapaltzen edo atzeratzen duen konposatua da edo sua hedatzea eragozten duena.

Hemen mikrokapsulatu dute suaren iragazlea (normalean bromo konposatua) dentsitate handiko polietilenoan eta ura eta glikol konposatu bat gehitu dituzte erabilitako fluido termikoa prestatzeko.Glikol-konposatua hemen "izozte aurkako" gisa erabiltzen da (erabiltzen diren glikol-konposatu arruntak etilenglikola, dietilenglikola eta propilenglikola dira).

Gainera, asmakizuna gehienbat EV pilen argitan eztabaidatzen da.Ibilgailu elektriko bat elikatzeko deitzen denean bateria bat berotzen da.Fluido termikoa ontzian zehar eta bateriaren moduluen gainetik pasatzen da.

Gehiegizko kargaren bat gertatuz gero, edo auto-istripu bat gertatuz gero, bateriaren zuladuraren ondorioz, fluido termikoko suaren atzeragarriak suaren arriskua murrizten du.Zehatzago esanda, bromo-konposatuen mikrokapsulak haustura-tenperaturara iristen direnean apurtzen dira suaren gehiegizko beroagatik.Suaren aurkakoa mikrokapsuletatik askatzen da eta sua kontrolpean jarduten du.

2. Kalteak eragiten dituzten gailuak erabiltzea
Kaliforniako Unibertsitateko Regentsek nahiko aktibo daudela dirudi ihes termikoen arazoari nola aurre egin ikertzen.

2006an, ihes termikoak prebenitzeko egokiak diren modulu elastiko handiko polimero elektrolitoekin lotutako patente bat aurkeztu zuten (US8703310).Asmatzaile multzo batek patente hau (hau da, US'535) aurkeztu du 2013an, kalteak eragiten dituzten material edo gailuak erabiliz ihes termikoa arintzeari buruz.

Zehatzago esanda, mekanikoki edo termikoki (edo biak) abiarazteko mekanismo termiko bat garatu dute, bateriaren kalteak gertatzen diren heinean (hau da, ihes termikoa hasi baino lehen edo gutxira) eta arazoa hasi baino lehen zaintzen dute. .

Bat-bateko aurreneurri horiek bereziki beharrezkoak dira bateria bat inpaktua edo presio handikoa jasaten denean (istripu bat bezala, US'886 aurreko patentearentzat ere aipatu dudan moduan) eta bere barne-egitura hondatuta dagoenean, barne-laburdurak eraginez.

Funtzionatzen duen oinarrizko printzipioa hauxe da: bateriari karga mekanikoa aplikatzen zaion heinean, kalteen abiarazleek elektrodoaren kalte edo suntsipen zabala eragin dezakete, barne-erresistentzia nabarmen handitzen baita ihes termikoa arintzeko, gertatu baino lehen ere.

Hemen bi kalte abiarazle motari buruz hitz egin dute –

Kalte pasiboen abiarazleak

Abiarazle hauek elektrodoen pitzadura edo hutsunea abiarazten dute talka egitean, eta pitzadura eta/edo hutsune horiek elektrodoaren barne inpedantzia areagotzen dute eta, beraz, barne-laburdura posiblearekin lotutako bero-sorkuntza murrizten dute.Gehigarri horiek pitzadurak edo hutsuneak abiarazleak (CVI) izenez ezagutzen dira.

Elektrodoen kalteak CVI-elektrodoen interfazeen desloturak edo zurruntasun-desegokitzeak eragin ditzakete, hausturak eta CVIren hausturak, etab. Gehigarri pasiboen adibideak dira partikula solidoak edo porotsuak, zuntz solidoak edo hutsak/porotsuak eta hodiak, etab. karbonozko materialetatik eratu daiteke, hala nola grafitoa, karbono nanohodiak, ikatz aktibatuak, ikatz beltzak, etab.

Kalteen abiarazle aktiboa

Abiarazle hauek bolumen edo forma aldaketa nabarmen bat sor dezakete karga mekaniko edo termiko baten ondorioz.Kalte-abiarazle aktiboak partikula solidoak edo porotsuak, ale solidoak edo hutsak, zuntz eta hodi solidoak edo hutsak/porotsuak, etab. Kalte-abiarazle aktiboak forma memoriako aleazioetatik era daitezke, hala nola Ni—Ti, Ni—Ti—Pd, Ni. —Ti—Pt, etab.

Garaian askatzen diren produktu kimikoak ihes termikoa toxikoa izan daiteke eta muturreko kasuetan, ihes termikoak sute elektrikoak eta/edo bateriak lehertzea eragin dezake.Bateriaren inguruneko giroko airearen tenperatura ere behar bezala mantendu behar da.Faktore hauek kontrolatzeak potentziala murrizten du ihes termikoa .

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