Si të ndaloni shpërthimin e baterive litium-jon për shkak të arratisjes termike?

Arratisja termike është një problem afatgjatë që ka prekur korporatat e mëdha si Tesla , Samsung , dhe Boeing dhe të vogla njësoj.

Dreamliner 787 i Boeing-ut, të cilin Boeing e reklamoi si 20% efikas të karburantit, u ndal në vitin 2013. Në të njëjtin vit, Model S i Tesla-s u vu nën një hetim federal për sigurinë pasi mori flakë të paktën 3 herë.Vitin e kaluar Samsung tërhoqi 2.5 milionë smartphone Galaxy Note 7.

Për të tre kompanitë, të cilat janë lojtarët kryesorë të domenit të tyre, problemi ishte i njëjtë – bateritë litium-jon të instaluara në zemër të produktit të tyre si burim energjie.Bateritë litium-jon të instaluara në Tesla Model S, Dreamliner 787 dhe Galaxy Note 7 po shpërthyen vazhdimisht.

Pse një bateri litium-jon shpërthen papritur?

Bateritë me jon litium janë lloji më i përdorur i baterive në disa industri, por a e dini se çfarë i bën ato të rrezikshme?Nëse jeni një studiues që punoni me bateri Li-jon, do ta dini se një nga arsyet kryesore pse shumica e baterive litium-jon shpërthejnë është për shkak të largimit termik.

Çfarë është Thermal Runaway dhe pse është shkaku kryesor i shpërthimeve të baterive?
Në bateritë litium-jon, katoda dhe anoda ndahen nga një ndarës i hollë - ndonjëherë 10 mikron - polietileni.Kur ky ndarës çahet, ndodh një qark i shkurtër i cili fillon procesin e quajtur ikja termike.

Ikja termike ndodh zakonisht gjatë karikimit.Temperatura rritet shpejt në pikën e shkrirjes së litiumit metalik dhe shkakton një reagim të dhunshëm.

Një arsye tjetër kryesore pas largimit termik janë grimcat e tjera mikroskopike të metalit që vijnë në kontakt me pjesë të ndryshme të baterisë (kjo ndodh gjatë gjithë kohës në procesin e montimit të baterisë), duke rezultuar në një qark të shkurtër.

Zakonisht, një qark i shkurtër i lehtë mund të shkaktojë një vetëshkarkim të lartë dhe gjenerohet pak nxehtësi sepse energjia e shkarkimit është shumë e ulët.Por, kur mjaft grimca metalike mikroskopike konvergojnë në një vend, mund të zhvillohet një ndërprerje e madhe elektrike dhe një rrymë e konsiderueshme do të rrjedhë midis pllakave pozitive dhe negative.

Kjo bën që temperatura të rritet, duke çuar në një arratisje termike, e quajtur edhe 'ajrimi me flakë'.

Gjatë një arratisjeje termike, nxehtësia e lartë e qelizës së dështuar mund të përhapet në qelizën tjetër, duke bërë që ajo të bëhet edhe termikisht e paqëndrueshme.Në disa raste, ndodh një reaksion zinxhir në të cilin çdo qelizë shpërbëhet në orarin e vet.

Pse Shpërthimi i baterive Li-Ion është një problem i madh për të gjithë?

Smartphone në xhepin tuaj mundësohet nga një Bateri Li-Ion .Ato janë një nga llojet më të njohura të baterive të rikarikueshme për elektronikë portative për shkak të densitetit të lartë të energjisë, efektit të vogël të memories dhe vetëshkarkimit të ulët.

Përtej elektronikës së konsumit, bateritë litium-jon janë të njohura për aplikime ushtarake, automjetesh elektrike dhe në hapësirën ajrore.Për shembull, bateritë me jon litium kanë zëvendësuar bateritë konvencionale të plumbit-acidit që janë përdorur historikisht për karrocat e golfit dhe automjetet e shërbimeve.

Madhësia e tregut global të baterive litium-jon pritet të arrijë në 46.21 miliardë dollarë deri në vitin 2022, me një CAGR prej 10.8% gjatë periudhës 2016-2022.

Për diçka që është bërë pjesë integrale e përditshmërisë sonë me një ritëm kaq të shpejtë, ne me të vërtetë do të rrezikonim jetën tonë duke pasur këto bateri rreth nesh.

Duke pasur parasysh aplikimet e tyre, ato nuk janë lehtësisht të zëvendësueshme, por nëse problemi i arratisjes termike do të zgjidhej, ekuilibri do të rivendosej në parajsë.

Si mund të parandalojmë arratisjen termike në Bateritë Litium Jon ?

1. Prezantimi i një retardanti të flakës
Ikja termike shpesh ndodh nga shpimet dhe karikimi jo i duhur.Për të luftuar rreziqe të tilla zjarri, shpikësit përdorën një lëng termik që përmban një retardant flakë.

Një retardant i flakës është një përbërës që pengon, shtyp ose vonon prodhimin e flakës ose parandalon përhapjen e zjarrit.

Këtu ata kanë mikrokapsuluar retardantin e flakës (zakonisht një përbërje bromi) në polietileni me densitet të lartë dhe ujë të shtuar dhe një përbërje glikol për të përgatitur lëngun termik të përdorur.Përbërja e glikolit përdoret këtu si "antifriz" (përbërjet e zakonshme të glikolit të përdorura janë etilen glikol, dietilen glikol dhe propilen glikol).

Gjithashtu, shpikja diskutohet kryesisht në dritën e baterive EV.Një bateri kur thirret për të fuqizuar një automjet elektrik nxehet.Lëngu termik rrjedh nëpër enë dhe mbi modulet e baterisë.

Në rast të një mbingarkimi ose një aksidenti automobilistik që rezulton në një shpim të baterisë, frenuesi i flakës në lëngun termik vepron për të zvogëluar rrezikun e zjarrit.Më saktësisht, mikrokapsulat e përbërjes së bromit çahen kur arrihet temperatura e këputjes për shkak të nxehtësisë së tepërt të zjarrit.Retardanti i flakës lirohet nga mikrokapsulat dhe vepron për të vënë zjarrin nën kontroll.

2. Përdorimi i pajisjeve inicuese të dëmtimit
Regjentët e Universitetit të Kalifornisë duket se janë mjaft aktivë në kërkimin se si të merren me problemin e arratisjes termike.

Në vitin 2006, ata paraqitën një patentë në lidhje me elektrolitet polimer me modul të lartë elastik të përshtatshëm për parandalimin e largimit termik (US8703310).Një grup i ndryshëm shpikësish e ka paraqitur këtë patentë (dmth. US'535) në 2013, në lidhje me zbutjen e largimit termik duke përdorur materiale ose pajisje që shkaktojnë dëme.

Më saktësisht, ata kanë zhvilluar një mekanizëm mbylljeje termike që mund të aktivizohet ose mekanikisht ose termikisht (ose të dyja), pasi ndodh dëmtimi i baterisë (d.m.th., para ose pak pas fillimit të rrjedhjes termike) dhe kujdesen për problemin përpara se të fillojë. .

Kundërmasa të tilla parashikuese ose të menjëhershme nevojiten veçanërisht kur një bateri i nënshtrohet goditjes ose presionit të lartë (si një aksident siç e përmenda edhe për patentën e mëparshme US'886) dhe struktura e saj e brendshme dëmtohet, duke shkaktuar shkurtim të brendshëm.

Parimi bazë mbi të cilin funksionon është - ndërsa një ngarkesë mekanike aplikohet në bateri, iniciatorët e dëmtimit mund të shkaktojnë dëmtim të gjerë ose shkatërrim të elektrodës në mënyrë që rezistenca e brendshme të rritet ndjeshëm për të zbutur largimin termik edhe para se të ndodhë.

Këtu ata kanë folur për dy lloje të iniciatorëve të dëmit -

Iniciatorët e dëmtimit pasiv

Këta iniciatorë fillojnë plasaritjen ose zbrazjen e elektrodave pas goditjes, dhe çarje dhe/ose zbrazëtira të tilla rrisin rezistencën e brendshme të elektrodës dhe, në këtë mënyrë, reduktojnë gjenerimin e nxehtësisë që lidhet me shkurtimin e mundshëm të brendshëm.Aditivë të tillë njihen si iniciatorë të çarjeve ose zbrazëtirave (CVI).

Dëmtimet e elektrodës mund të shkaktohen nga shkëputja ose mospërputhja e ngurtësimit të ndërfaqeve CVI-elektrodë, thyerja dhe këputja e CVI, etj. Shembuj të aditivëve pasivë përfshijnë grimcat e ngurta ose poroze, fibrat e ngurta ose të zbrazëta/poroze, dhe tubat, etj. dhe ato mund të formohet nga materiale karboni si grafiti, nanotubat e karbonit, karbonët e aktivizuar, karboni i zi, etj.

Iniciator aktiv i dëmtimit

Këta iniciatorë mund të prodhojnë një ndryshim të konsiderueshëm të vëllimit ose formës me një ngarkesë mekanike ose termike.Iniciatorët e dëmtimit aktiv mund të përfshijnë grimca të ngurta ose poroze, rruaza të ngurta ose të zbrazëta, fibra dhe tuba të ngurta ose të zbrazëta/poroze, etj. Iniciatorët aktivë të dëmtimit mund të formohen nga lidhjet me memorie të formës si Ni-Ti, Ni-Ti-Pd, Ni —Ti—Pt, etj.

Kimikatet që çlirohen gjatë arratisje termike mund të jetë toksik dhe në raste ekstreme, largimi termik mund të shkaktojë zjarre elektrike dhe/ose shpërthim të baterive.Temperatura e ajrit të ambientit në mjedisin e baterisë gjithashtu duhet të mbahet siç duhet.Kontrolli i këtyre faktorëve zvogëlon potencialin për arratisje termike .

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