صفحه اصلی > وبلاگ ها > پوشش رسانه ای > چگونه لیتیوم را متوقف کنیم …

چگونه می توان از انفجار باتری های لیتیوم یونی به دلیل فرار حرارتی جلوگیری کرد؟

10,868 منتشر شده توسط BSLBATT 04 مارس 2019

Lithium-Ion Batteries Explosion Due To Thermal Runaway

فرار حرارتی یک مشکل طولانی مدت است که شرکت های بزرگ مانند آن را با مشکل مواجه کرده است تسلا ، سامسونگ ، و بوئینگ و به طور یکسان کوچک

دریم لاینر 787 بوئینگ، که بوئینگ آن را 20 درصد بهینه در مصرف سوخت اعلام کرد، در سال 2013 زمین گیر شد. در همان سال، مدل S تسلا پس از حداقل 3 بار آتش گرفتن، تحت بررسی ایمنی فدرال قرار گرفت.سال گذشته سامسونگ 2.5 میلیون گوشی هوشمند گلکسی نوت 7 را فراخوانی کرد.

برای هر سه شرکت، که بازیکنان برتر حوزه خود هستند، مشکل یکسان بود - باتری‌های لیتیوم یونی که در قلب محصول آنها به عنوان منبع تغذیه نصب شده بودند.باتری های لیتیوم یونی نصب شده در تسلا مدل S، Dreamliner 787 و Galaxy Note 7 به طور مداوم در حال انفجار بودند.

چرا یک باتری لیتیوم یونی به طور غیرمنتظره ای منفجر می شود؟

باتری های لیتیوم یونی پرمصرف ترین نوع باتری ها در صنایع مختلف هستند، اما آیا می دانید چه چیزی آنها را خطرناک می کند؟اگر شما محققی هستید که با باتری‌های لیتیوم یونی کار می‌کنید، می‌دانید که یکی از دلایل اصلی منفجر شدن بیشتر باتری‌های لیتیوم یون، فرار حرارتی است.

Thermal Runaway چیست و چرا علت اصلی انفجار باتری است؟
در باتری های لیتیوم یون، کاتد و آند توسط یک جداکننده پلی اتیلن نازک - گاهی اوقات 10 میکرون - از هم جدا می شوند.هنگامی که این جداکننده پاره می شود، یک اتصال کوتاه اتفاق می افتد که فرآیندی به نام فرار حرارتی را آغاز می کند.

فرار حرارتی معمولا در هنگام شارژ اتفاق می افتد.دما به سرعت به نقطه ذوب لیتیوم فلزی می رسد و باعث واکنش شدید می شود.

یکی دیگر از دلایل اصلی فرار حرارتی، دیگر ذرات فلزی میکروسکوپی است که با قسمت‌های مختلف باتری در تماس هستند (این اتفاق همیشه در فرآیند مونتاژ باتری اتفاق می‌افتد)، که منجر به اتصال کوتاه می‌شود.

معمولاً یک اتصال کوتاه خفیف می تواند باعث افزایش خود تخلیه شده و گرمای کمی تولید شود زیرا انرژی تخلیه بسیار کم است.اما، زمانی که ذرات فلزی میکروسکوپی کافی در یک نقطه همگرا شوند، یک اتصال الکتریکی عمده ایجاد می شود و جریان قابل توجهی بین صفحات مثبت و منفی جریان می یابد.

این باعث می شود دما افزایش یابد و منجر به فرار حرارتی شود که به آن "تهویه با شعله" نیز گفته می شود.

در طول فرار حرارتی، گرمای زیاد سلول از کار افتاده می تواند به سلول بعدی انتشار یابد و باعث می شود که از نظر حرارتی نیز ناپایدار شود.در برخی موارد، یک واکنش زنجیره ای رخ می دهد که در آن هر سلول در جدول زمانی خاص خود متلاشی می شود.

چرا انفجار باتری های لیتیوم یونی یک مشکل اصلی برای همه است؟

تلفن هوشمند موجود در جیب شما از یک باتری لیتیوم یونی .آنها یکی از محبوب ترین انواع باتری های قابل شارژ برای وسایل الکترونیکی قابل حمل به دلیل چگالی انرژی بالا، اثر حافظه کوچک و تخلیه خود کم هستند.

گذشته از لوازم الکترونیکی مصرفی، باتری‌های لیتیوم یونی برای کاربردهای نظامی، وسایل نقلیه الکتریکی و هوافضا محبوب هستند.به عنوان مثال، باتری‌های لیتیوم یونی جایگزین باتری‌های سرب اسیدی معمولی شده‌اند که در گذشته برای ماشین‌های گلف و وسایل نقلیه کاربردی استفاده می‌شده‌اند.

انتظار می رود اندازه بازار جهانی باتری لیتیوم یونی تا سال 2022 به 46.21 میلیارد دلار برسد، با CAGR 10.8٪ در دوره 2016-2022.

برای چیزی که با چنین سرعتی به بخشی جدایی ناپذیر از زندگی روزمره ما تبدیل شده است، ما واقعاً با داشتن این باتری ها در اطراف خود زندگی خود را به خطر می اندازیم.

با توجه به کاربردهای آنها، آنها به راحتی قابل تعویض نیستند، اما اگر مشکل فرار حرارتی حل شود، تعادل در بهشت برقرار می شود.

چگونه می توانیم از فرار حرارتی در داخل جلوگیری کنیم باتری های لیتیوم یونی ?

1. معرفی A Flame Retardant
فرار حرارتی اغلب در اثر سوراخ شدن و شارژ نادرست رخ می دهد.برای مقابله با چنین خطرات آتش سوزی، مخترعان از یک سیال حرارتی استفاده کردند که حاوی یک ضد شعله است.

بازدارنده شعله ترکیبی است که تولید شعله را مهار، سرکوب یا به تاخیر می اندازد یا از گسترش آتش جلوگیری می کند.

در اینجا آنها ماده بازدارنده شعله (معمولاً یک ترکیب برم) را در پلی اتیلن با چگالی بالا و آب و یک ترکیب گلیکول را برای تهیه سیال حرارتی مورد استفاده اضافه کرده اند.ترکیب گلیکول در اینجا به عنوان "ضد یخ" استفاده می شود (ترکیبات رایج گلیکول مورد استفاده عبارتند از اتیلن گلیکول، دی اتیلن گلیکول و پروپیلن گلیکول).

همچنین، این اختراع بیشتر در پرتو باتری های EV مورد بحث قرار می گیرد.زمانی که برای نیرو دادن به یک وسیله نقلیه الکتریکی فراخوانده می شود، باتری گرم می شود.سیال حرارتی از طریق ظرف و روی ماژول های باتری جریان می یابد.

در صورت شارژ بیش از حد، یا تصادف اتومبیل که منجر به سوراخ شدن باتری می شود، بازدارنده شعله در سیال حرارتی برای کاهش خطر آتش سوزی عمل می کند.به‌طور دقیق‌تر، میکروکپسول‌های ترکیبی برم با رسیدن به دمای پارگی به دلیل گرمای بیش از حد آتش پاره می‌شوند.بازدارنده شعله از میکروکپسول ها آزاد می شود و برای کنترل آتش عمل می کند.

2. استفاده از دستگاه های شروع کننده آسیب
به نظر می رسد که Regents دانشگاه کالیفرنیا در تحقیق در مورد چگونگی مقابله با مشکل فرار حرارتی بسیار فعال هستند.

در سال 2006، آنها حق اختراع مربوط به الکترولیت های پلیمری با مدول الاستیک بالا و مناسب برای جلوگیری از فرار حرارتی (US8703310) را ثبت کردند.مجموعه متفاوتی از مخترعان این حق اختراع (یعنی US'535) را در سال 2013 در مورد کاهش فرار حرارتی با استفاده از مواد یا دستگاه های آسیب زا ثبت کرده اند.

به طور دقیق‌تر، آن‌ها یک مکانیسم خاموش کردن خروجی حرارتی ایجاد کرده‌اند که می‌تواند به صورت مکانیکی یا حرارتی (یا هر دو) فعال شود، زیرا آسیب باتری اتفاق می‌افتد (یعنی قبل یا مدت کوتاهی پس از شروع دور زدن حرارتی) و قبل از شروع آن، مشکل را برطرف کنند. .

چنین اقدامات متقابل پیش‌بینی‌کننده یا آنی به‌ویژه زمانی مورد نیاز است که باتری در معرض ضربه یا فشار بالا قرار می‌گیرد (مثل حادثه‌ای که برای ثبت اختراع قبلی US'886 نیز ذکر کردم) و ساختار داخلی آن آسیب می‌بیند و باعث کوتاهی داخلی می‌شود.

اصل اساسی که بر اساس آن کار می کند این است که با اعمال بار مکانیکی به باتری، آغازگرهای آسیب می توانند باعث آسیب یا تخریب گسترده الکترود شوند به طوری که مقاومت داخلی به طور قابل توجهی افزایش می یابد تا فرار حرارتی را حتی قبل از وقوع آن کاهش دهد.

در اینجا آنها در مورد دو نوع آغازگر آسیب صحبت کرده اند –

آغازگر آسیب غیرفعال

این آغازگرها باعث ایجاد ترک یا خالی شدن در الکترودها در هنگام ضربه می شوند و چنین ترک ها و/یا حفره هایی امپدانس داخلی الکترود را افزایش می دهند و در نتیجه تولید گرمای مرتبط با اتصال کوتاه داخلی احتمالی را کاهش می دهند.چنین افزودنی هایی به عنوان آغازگرهای ترک یا حفره (CVIs) شناخته می شوند.

آسیب های الکترود می تواند ناشی از جداشدگی یا عدم تطابق سفتی رابط های CVI-الکترود، شکستگی و گسیختگی CVI و غیره باشد. نمونه هایی از افزودنی های غیرفعال شامل ذرات جامد یا متخلخل، الیاف جامد یا توخالی/متخلخل، و لوله ها و غیره است. می تواند از مواد کربنی مانند گرافیت، نانولوله های کربنی، کربن فعال، کربن سیاه و غیره تشکیل شود.

آغازگر فعال آسیب

این آغازگرها می توانند تغییر حجم یا شکل قابل توجهی را در اثر بارگذاری مکانیکی یا حرارتی ایجاد کنند.آغازگرهای آسیب فعال می توانند شامل ذرات جامد یا متخلخل، مهره های جامد یا توخالی، الیاف و لوله های جامد یا توخالی/متخلخل و غیره باشند. آغازگرهای آسیب فعال می توانند از آلیاژهای دارای حافظه شکل مانند Ni-Ti، Ni-Ti-Pd، Ni تشکیل شوند. —Ti—Pt و غیره

Thermal Runaway

مواد شیمیایی که در طول فرار حرارتی می تواند سمی باشد و در موارد شدید، فرار حرارتی می تواند باعث آتش سوزی الکتریکی و/یا منفجر شدن باتری ها شود.دمای هوای محیط در محیط باتری نیز باید به درستی حفظ شود.کنترل این عوامل پتانسیل را کاهش می دهد فرار حرارتی .

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

< >