Paano Pigilan ang Pagsabog ng Mga Lithium-Ion Baterya Dahil sa Thermal Runaway?

Ang thermal runaway ay isang matagal nang problema na bumagsak sa malalaking korporasyon tulad ng Tesla , Samsung , at Boeing at maliit pareho.

Ang Dreamliner 787 ng Boeing, na in-advertise ng Boeing bilang 20% ​​fuel efficient, ay na-grounded noong 2013. Sa parehong taon, ang Model S ng Tesla ay sumailalim sa isang pederal na pagsisiyasat sa kaligtasan matapos itong masunog ng hindi bababa sa 3 beses.Noong nakaraang taon, na-recall ng Samsung ang 2.5 milyong Galaxy Note 7 na smartphone.

Para sa lahat ng tatlong kumpanya, na nangungunang manlalaro ng kanilang domain, pareho ang problema - ang mga bateryang Lithium-Ion na naka-install sa puso ng kanilang produkto bilang pinagmumulan ng kuryente.Ang mga lithium-ion na baterya na naka-install sa Tesla Model S, Dreamliner 787 at Galaxy Note 7 ay patuloy na sumasabog.

Bakit Ang Lithium Ion na Baterya ay Sumasabog nang Hindi Inaasahan?

Ang mga bateryang Lithium ion ay ang pinaka ginagamit na uri ng mga baterya sa maraming industriya ngunit, alam mo ba kung ano ang dahilan kung bakit mapanganib ang mga ito?Kung isa kang researcher na nagtatrabaho sa mga Li-ion na baterya, malalaman mo na ang isa sa mga pangunahing dahilan kung bakit sumasabog ang karamihan sa mga lithium-ion na baterya ay dahil sa thermal runaway.

Ano ang Thermal Runaway At Bakit Ito ang Nangungunang Sanhi ng Pagsabog ng Baterya?
Sa mga baterya ng Lithium-ion, ang cathode at anode ay pinaghihiwalay ng manipis – minsan 10 microns – polyethylene separator.Kapag pumutok ang separator na ito, magkakaroon ng short circuit na magpapasimula sa prosesong tinatawag na thermal runaway.

Karaniwang nangyayari ang thermal runaway habang nagcha-charge.Ang temperatura ay mabilis na tumataas sa punto ng pagkatunaw ng metal na lithium at nagiging sanhi ng isang marahas na reaksyon.

Ang isa pang pangunahing dahilan sa likod ng thermal runaway ay ang iba pang mga microscopic metal particle na nakikipag-ugnayan sa iba't ibang bahagi ng baterya (ito ay nangyayari sa lahat ng oras sa proseso ng pag-assemble ng baterya), na nagreresulta sa isang short-circuit.

Kadalasan, ang banayad na short circuit ay maaaring magdulot ng mataas na paglabas sa sarili at kaunting init ang nabubuo dahil napakababa ng naglalabas na enerhiya.Ngunit, kapag ang sapat na mga microscopic na particle ng metal ay nagtatagpo sa isang lugar, maaaring magkaroon ng malaking electrical short at isang malaking agos ang dadaloy sa pagitan ng positibo at negatibong mga plato.

Nagiging sanhi ito ng pagtaas ng temperatura, na humahantong sa isang thermal runaway, na tinutukoy din sa 'venting with flame.'

Sa panahon ng thermal runaway, ang mataas na init ng bagsak na cell ay maaaring magpalaganap sa susunod na cell, na nagiging sanhi ng pagiging thermally unstable din nito.Sa ilang mga kaso, ang isang chain reaction ay nangyayari kung saan ang bawat cell ay nawasak sa sarili nitong timetable.

Bakit Ang Pagsabog Ng Li-Ion Baterya Isang Pangunahing Isyu Para sa Lahat?

Ang smartphone sa iyong bulsa ay pinapagana ng a Baterya ng Li-Ion .Ang mga ito ay isa sa mga pinakasikat na uri ng mga rechargeable na baterya para sa portable electronics dahil sa kanilang mataas na density ng enerhiya, maliit na memory effect, at mababang self-discharge.

Higit pa sa consumer electronics, ang mga Lithium Ion na baterya ay sikat para sa militar, de-koryenteng sasakyan at mga aplikasyon ng aerospace.Halimbawa, pinalitan ng mga baterya ng lithium ion ang mga karaniwang lead-acid na baterya na ginamit sa kasaysayan para sa mga golf cart at utility vehicle.

Ang laki ng Global Lithium-Ion Battery Market ay inaasahang umabot sa $46.21 bilyon sa 2022, na may CAGR na 10.8% sa panahon ng 2016-2022.

Para sa isang bagay na naging mahalagang bahagi ng ating pang-araw-araw na buhay sa napakabilis na bilis, talagang isasapanganib natin ang ating buhay sa pagkakaroon ng mga bateryang ito sa paligid natin.

Dahil sa kanilang mga aplikasyon, hindi sila madaling palitan ngunit kung malulutas ang problema sa thermal runaway, maibabalik ang balanse sa paraiso.

Paano Namin Maiiwasan ang Thermal Runaway Mga Baterya ng Lithium Ion ?

1. Pagpapakilala ng Flame Retardant
Ang thermal runaway ay kadalasang nangyayari mula sa mga pagbutas at hindi tamang pag-charge.Upang labanan ang mga ganitong panganib sa sunog, gumamit ang mga imbentor ng thermal fluid na naglalaman ng flame retardant.

Ang flame retardant ay isang compound na pumipigil, pumipigil o nagpapaantala sa paggawa ng apoy o pumipigil sa pagkalat ng apoy.

Dito mayroon silang microencapsulated na flame retardant (karaniwan ay isang bromine compound) sa high-density polyethylene at idinagdag ang tubig at isang glycol compound upang ihanda ang thermal fluid na ginamit.Ang glycol compound ay ginagamit dito bilang "antifreeze" (karaniwang glycol compound na ginagamit ay ethylene glycol, diethylene glycol, at propylene glycol).

Gayundin, ang imbensyon ay kadalasang tinatalakay sa liwanag ng mga baterya ng EV.Ang baterya kapag tinawag na paandarin ang isang de-koryenteng sasakyan ay umiinit.Ang thermal fluid ay dumadaloy sa lalagyan at sa ibabaw ng mga module ng baterya.

Kung sakaling magkaroon ng overcharge, o aksidente sa sasakyan na magresulta sa pagkabutas ng baterya, ang flame retardant sa thermal fluid ay kumikilos upang mabawasan ang panganib ng sunog.Mas tiyak, ang bromine compound microcapsules ay pumuputok kapag naabot ang rupture temperature dahil sa sobrang init ng apoy.Ang flame retardant ay inilabas mula sa microcapsules at kumikilos upang kontrolin ang apoy.

2. Paggamit ng Mga Device na Nagsisimula ng Damage
Ang Regents ng Unibersidad ng California ay tila medyo aktibo sa pagsasaliksik kung paano haharapin ang problema sa thermal runaway.

Noong 2006, nag-file sila ng patent na may kaugnayan sa mataas na elastic modulus polymer electrolytes na angkop para maiwasan ang thermal runaway (US8703310).Ang ibang hanay ng mga imbentor ay naghain ng patent na ito (ie US'535) noong 2013, tungkol sa pagpapagaan ng thermal runaway gamit ang mga materyales o device na nagpapasimula ng pinsala.

Mas tiyak, nakabuo sila ng mekanismo ng thermal runaway shutdown na maaaring ma-trigger sa mekanikal o thermally (o pareho), habang nangyayari ang pagkasira ng baterya (ibig sabihin, bago o ilang sandali pagkatapos magsimula ang thermal runaway) at asikasuhin ang problema bago pa man ito magsimula. .

Ang ganitong mga predictive o agarang countermeasures ay lalo na kailangan kapag ang isang baterya ay sumailalim sa epekto o mataas na presyon (tulad ng isang aksidente tulad ng nabanggit ko para sa nakaraang patent US'886 pati na rin) at ang panloob na istraktura nito ay nasira, na nagdulot ng panloob na shorting.

Ang pangunahing prinsipyo kung saan ito gumagana ay - habang ang isang mekanikal na pagkarga ay inilalapat sa baterya, ang mga nagsisimula ng pinsala ay maaaring mag-trigger ng malawakang pinsala o pagkasira ng elektrod upang ang panloob na resistensya ay tumaas nang malaki upang mapagaan ang thermal runaway bago pa man ito mangyari.

Dito napag-usapan nila ang tungkol sa dalawang uri ng mga nagsisimula ng pinsala –

Passive damage initiators

Ang mga initiator na ito ay nagpapasimula ng pag-crack o pag-voiding sa mga electrodes sa pagtama, at ang gayong mga bitak at/o mga void ay nagpapataas ng panloob na impedance ng electrode at, sa gayon, binabawasan ang pagbuo ng init na nauugnay sa posibleng panloob na shorting.Ang ganitong mga additives ay kilala bilang cracks o voids initiators (CVIs).

Ang mga pinsala sa electrode ay maaaring sanhi ng hindi pagkakatugma o stiffness ng hindi pagkakatugma ng CVI-electrode interface, fracture, at rupture ng CVI, atbp. Kabilang sa mga halimbawa ng passive additives ang solid o porous na particle, solid o hollow/porous fibers, at tubes, atbp. at sila maaaring mabuo mula sa mga materyal na carbon tulad ng graphite, carbon nanotubes, activated carbons, carbon blacks, atbp.

Aktibong pagsisimula ng pinsala

Ang mga initiator na ito ay maaaring makagawa ng isang makabuluhang pagbabago sa volume o hugis sa isang mekanikal o thermal loading.Ang mga aktibong nagsisimula ng pinsala ay maaaring magsama ng mga solid o porous na particle, solid o hollow beads, solid o hollow/porous fibers at tubes, atbp. Ang mga active damage initiators ay maaaring mabuo mula sa shape-memory alloys gaya ng Ni—Ti, Ni—Ti—Pd, Ni —Ti—Pt, atbp.

Ang mga kemikal na inilalabas sa panahon thermal runaway maaaring nakakalason at sa matinding kaso, ang thermal runaway ay maaaring magdulot ng mga sunog sa kuryente at/o mga baterya na sumabog.Ang ambient air temperature sa kapaligiran ng baterya ay dapat ding maayos na mapanatili.Ang pagkontrol sa mga salik na ito ay nagpapababa ng potensyal para sa thermal runaway .

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