Bagaimana Menghentikan Ledakan Baterai Lithium-Ion Karena Thermal Runaway?

Pelarian termal adalah masalah lama yang telah disadap oleh perusahaan besar Tesla , Samsung , dan Boeing dan kecil sama.

Boeing's Dreamliner 787, yang diiklankan Boeing sebagai 20% hemat bahan bakar, di-grounded pada tahun 2013. Pada tahun yang sama, Model S Tesla berada di bawah penyelidikan keselamatan federal setelah terbakar setidaknya 3 kali.Tahun lalu Samsung menarik 2,5 juta Galaxy Note 7 smartphone.

Untuk ketiga perusahaan, yang merupakan pemain teratas di domain mereka, masalahnya sama – baterai Lithium-Ion dipasang di jantung produk mereka sebagai sumber daya.Baterai lithium-ion yang dipasang di Tesla Model S, Dreamliner 787, dan Galaxy Note 7 meledak terus menerus.

Mengapa Baterai Lithium Ion Meledak Secara Tak Terduga?

Baterai lithium ion adalah jenis baterai yang paling banyak digunakan di beberapa industri, tetapi tahukah Anda apa yang membuatnya berbahaya?Jika Anda seorang peneliti yang bekerja dengan baterai Li-ion, Anda pasti tahu bahwa salah satu alasan utama mengapa sebagian besar baterai lithium-ion meledak adalah karena pelarian termal.

Apa Itu Pelarian Termal Dan Mengapa Ini Penyebab Utama Ledakan Baterai?
Dalam baterai Lithium-ion, katoda dan anoda dipisahkan oleh pemisah tipis – terkadang 10 mikron – polietilen.Ketika pemisah ini pecah, terjadi korsleting yang memulai proses yang disebut pelarian termal.

Pelarian termal biasanya terjadi selama pengisian.Suhu dengan cepat naik ke titik leleh logam litium dan menyebabkan reaksi yang hebat.

Alasan utama lain di balik pelarian termal adalah partikel logam mikroskopis lainnya yang bersentuhan dengan berbagai bagian baterai (ini terjadi setiap saat dalam proses perakitan baterai), yang mengakibatkan korsleting.

Biasanya, korsleting ringan dapat menyebabkan pelepasan muatan sendiri yang tinggi dan sedikit panas yang dihasilkan karena energi pelepasan sangat rendah.Tapi, ketika partikel logam mikroskopis cukup banyak berkumpul di satu titik, korsleting listrik besar dapat berkembang dan arus yang cukup besar akan mengalir di antara pelat positif dan negatif.

Hal ini menyebabkan suhu naik, menyebabkan pelarian termal, juga disebut 'ventilasi dengan nyala api'.

Selama pelarian termal, panas tinggi dari sel yang gagal dapat menyebar ke sel berikutnya, menyebabkannya menjadi tidak stabil secara termal juga.Dalam beberapa kasus, reaksi berantai terjadi di mana setiap sel hancur pada waktunya sendiri.

Mengapa Ledakan Baterai Li-Ion Menjadi Masalah Besar Bagi Semua?

Ponsel cerdas di saku Anda ditenagai oleh a Baterai Li-Ion .Mereka adalah salah satu jenis baterai isi ulang yang paling populer untuk elektronik portabel karena kepadatan energinya yang tinggi, efek memori yang kecil, dan pengosongan diri yang rendah.

Di luar elektronik konsumen, baterai Lithium Ion populer untuk aplikasi militer, kendaraan listrik, dan ruang angkasa.Misalnya, baterai lithium ion telah menggantikan baterai timbal-asam konvensional yang telah digunakan secara historis untuk kereta golf dan kendaraan utilitas.

Ukuran Pasar Baterai Lithium-Ion Global diharapkan mencapai $46,21 miliar pada tahun 2022, dengan CAGR sebesar 10,8% selama periode 2016-2022.

Untuk sesuatu yang telah menjadi bagian integral dari kehidupan kita sehari-hari dengan kecepatan yang begitu cepat, kita memang akan mempertaruhkan hidup kita dengan baterai ini di sekitar kita.

Mengingat aplikasinya, mereka tidak mudah diganti tetapi jika masalah pelarian termal dapat diselesaikan, keseimbangan akan pulih di surga.

Bagaimana Kita Mencegah Pelarian Termal Masuk Baterai Litium Ion ?

1. Memperkenalkan Penahan Api
Pelarian termal sering terjadi karena tusukan dan pengisian daya yang tidak tepat.Untuk mengatasi bahaya kebakaran tersebut, penemu menggunakan cairan termal yang mengandung penghambat api.

Tahan api adalah senyawa yang menghambat, menekan atau menunda produksi api atau mencegah penyebaran api.

Di sini mereka memiliki mikroenkapsulasi penghambat api (biasanya senyawa brom) dalam polietilen densitas tinggi dan menambahkan air dan senyawa glikol untuk menyiapkan cairan termal yang digunakan.Senyawa glikol digunakan di sini sebagai "antibeku" (senyawa glikol yang umum digunakan adalah etilen glikol, dietilen glikol, dan propilen glikol).

Selain itu, penemuan ini sebagian besar dibahas sehubungan dengan baterai EV.Baterai saat dipanggil untuk menyalakan kendaraan listrik menjadi panas.Cairan termal mengalir melalui wadah dan melewati modul baterai.

Jika terjadi pengisian daya yang berlebihan, atau kecelakaan mobil yang mengakibatkan kebocoran baterai, penghambat api dalam cairan termal berfungsi untuk mengurangi bahaya kebakaran.Lebih tepatnya, mikrokapsul senyawa bromin pecah ketika suhu pecah tercapai karena kelebihan panas dari api.Penahan api dilepaskan dari mikrokapsul dan berfungsi untuk mengendalikan api.

2. Menggunakan Perangkat Pemicu Kerusakan
Para Regents dari University of California nampaknya cukup aktif meneliti bagaimana mengatasi masalah thermal runaway.

Pada tahun 2006, mereka mengajukan paten terkait dengan elektrolit polimer modulus elastisitas tinggi yang cocok untuk mencegah pelarian termal (US8703310).Sekelompok penemu yang berbeda telah mengajukan paten ini (yaitu US'535) pada tahun 2013, tentang mitigasi pelarian termal menggunakan bahan atau perangkat pemicu kerusakan.

Lebih tepatnya, mereka telah mengembangkan mekanisme thermal runaway shutdown yang dapat dipicu baik secara mekanis maupun termal (atau keduanya), karena kerusakan baterai terjadi (yaitu, sebelum atau segera setelah thermal runaway dimulai) dan menangani masalah bahkan sebelum dimulai. .

Penanggulangan prediktif atau seketika seperti itu sangat diperlukan ketika baterai mengalami benturan atau tekanan tinggi (seperti kecelakaan seperti yang saya sebutkan untuk paten US'886 sebelumnya juga) dan struktur internalnya rusak, menyebabkan korslet internal.

Prinsip dasar pengoperasiannya adalah – saat beban mekanis diterapkan ke baterai, pemicu kerusakan dapat memicu kerusakan yang meluas atau kehancuran elektroda sehingga resistansi internal meningkat secara signifikan untuk mengurangi pelarian termal bahkan sebelum hal itu terjadi.

Di sini mereka telah berbicara tentang dua jenis pemrakarsa kerusakan –

Inisiator kerusakan pasif

Pemrakarsa ini memulai retakan atau pengosongan pada elektroda saat tumbukan, dan retakan dan/atau lubang tersebut meningkatkan impedansi internal elektroda dan, dengan demikian, mengurangi pembentukan panas yang terkait dengan kemungkinan korslet internal.Aditif semacam itu dikenal sebagai cracks or void initiators (CVIs).

Kerusakan elektroda dapat disebabkan oleh debonding atau ketidaksesuaian kekakuan antarmuka CVI-elektroda, fraktur, dan pecahnya CVI, dll. Contoh aditif pasif termasuk partikel padat atau berpori, serat padat atau berongga/berpori, dan tabung, dll. dan mereka dapat dibentuk dari bahan karbon seperti grafit, karbon nanotube, karbon aktif, karbon hitam, dll.

Inisiator kerusakan aktif

Inisiator ini dapat menghasilkan perubahan volume atau bentuk yang signifikan pada beban mekanis atau termal.Pemrakarsa kerusakan aktif dapat mencakup partikel padat atau berpori, manik-manik padat atau berongga, serat dan tabung padat atau berongga/berpori, dll. Pemrakarsa kerusakan aktif dapat dibentuk dari paduan memori bentuk seperti Ni—Ti, Ni—Ti—Pd, Ni —Ti—Pt, dll.

Bahan kimia yang dilepaskan selama pelarian termal dapat beracun dan dalam kasus yang ekstrim, pelepasan panas dapat menyebabkan kebakaran listrik dan/atau baterai meledak.Suhu udara sekitar di lingkungan baterai juga harus dijaga dengan baik.Mengontrol faktor-faktor ini mengurangi potensi pelarian termal .

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