Lityum İyon Pillerin Termal Kaçak Nedeniyle Patlaması Nasıl Durdurulur?

Termal kaçak, büyük şirketleri rahatsız eden uzun süredir devam eden bir sorundur. Tesla'nın , SAMSUNG , Ve Boeing'in ve aynı şekilde küçük.

Boeing'in %20 yakıt tasarruflu olarak reklamını yaptığı Boeing Dreamliner 787, 2013 yılında yere indirildi. Aynı yıl, Tesla'nın Model S'si en az 3 kez alev aldıktan sonra federal bir güvenlik soruşturmasına tabi tutuldu. Geçen yıl Samsung, 2,5 milyon Galaxy Note 7 akıllı telefonunu geri çağırmıştı.

Kendi alanlarının en iyi oyuncuları olan üç şirket için de sorun aynıydı; güç kaynağı olarak ürünlerinin kalbine yerleştirilmiş Lityum-İyon piller. Tesla Model S, Dreamliner 787 ve Galaxy Note 7'ye takılan lityum iyon piller sürekli patlıyordu.

Lityum İyon Pil Neden Beklenmedik Bir Şekilde Patlar?

Lityum iyon piller çeşitli endüstrilerde en çok kullanılan pil türüdür ancak onları tehlikeli kılan şeyin ne olduğunu biliyor musunuz? Li-iyon pillerle çalışan bir araştırmacıysanız, lityum iyon pillerin çoğunun patlamasının ana nedenlerinden birinin termal kaçak olduğunu bilirsiniz.

Termal Kaçak Nedir ve Neden Pil Patlamalarının Başlıca Sebebidir?
Lityum-iyon pillerde katot ve anot, bazen 10 mikronluk ince bir polietilen ayırıcıyla ayrılır. Bu ayırıcı kırıldığında, termal kaçak adı verilen süreci başlatan bir kısa devre meydana gelir.

Termal kaçak genellikle şarj sırasında meydana gelir. Sıcaklık hızla metalik lityumun erime noktasına yükselir ve şiddetli bir reaksiyona neden olur.

Termal kaçağın bir diğer önemli nedeni, diğer mikroskobik metal parçacıkların pilin farklı parçalarıyla temas etmesidir (bu, pil montaj işleminde her zaman olur), bu da kısa devreye neden olur.

Genellikle hafif bir kısa devre, yüksek bir kendi kendine deşarja neden olabilir ve deşarj enerjisi çok düşük olduğundan çok az ısı üretilir. Ancak yeterli sayıda mikroskobik metal parçacığı bir noktada birleştiğinde büyük bir elektriksel kısa devre gelişebilir ve pozitif ve negatif plakalar arasında oldukça büyük bir akım akacaktır.

Bu, sıcaklığın yükselmesine neden olarak 'alevle havalandırma' olarak da adlandırılan termal kaçağa yol açar.

Bir termal kaçak sırasında, arızalanan hücrenin yüksek ısısı bir sonraki hücreye yayılarak onun da termal olarak kararsız hale gelmesine neden olabilir. Bazı durumlarda her hücrenin kendi zaman çizelgesinde parçalandığı bir zincirleme reaksiyon meydana gelir.

Li-İyon Pillerin Patlaması Neden Herkes İçin Önemli Bir Sorun?

Cebinizdeki akıllı telefon bir güç kaynağından güç alıyor Li-İyon pil . Yüksek enerji yoğunluğu, küçük hafıza etkisi ve düşük kendi kendine deşarj olması nedeniyle taşınabilir elektronikler için en popüler şarj edilebilir pil türlerinden biridir.

Lityum İyon piller, tüketici elektroniğinin ötesinde askeri, elektrikli araç ve havacılık uygulamalarında da popülerdir. Örneğin, lityum iyon piller, geçmişte golf arabaları ve ticari araçlarda kullanılan geleneksel kurşun-asit pillerin yerini almıştır.

Küresel Lityum-İyon Pil Pazarı büyüklüğünün, 2016-2022 döneminde %10,8'lik bir Bileşik Büyüme Oranı ile 2022 yılına kadar 46,21 milyar dolara ulaşması bekleniyor.

Bu kadar hızlı bir şekilde günlük hayatımızın ayrılmaz bir parçası haline gelen bir şey için, etrafımızda bu piller varken gerçekten de hayatımızı riske atmış oluruz.

Uygulamaları göz önüne alındığında kolayca değiştirilemezler ancak termal kaçak sorunu çözülebilirse cennette denge yeniden kurulabilir.

Termal Kaçmayı Nasıl Önleyebiliriz? Lityum İyon Piller ?

1. Alev Geciktiricinin Tanıtımı
Termal kaçak genellikle deliklerden ve uygunsuz şarjdan kaynaklanır. Bu tür yangın tehlikelerine karşı koymak için mucitler, alev geciktirici içeren bir termal akışkan kullandılar.

Alev geciktirici, alev oluşumunu engelleyen, bastıran veya geciktiren veya yangının yayılmasını önleyen bir bileşiktir.

Burada, alev geciktiriciyi (genellikle bir bromin bileşiği) yüksek yoğunluklu polietilen içinde mikrokapsüllenmiş halde bulunduruyorlar ve kullanılan termal akışkanı hazırlamak için su ve bir glikol bileşiği ekliyorlar. Glikol bileşiği burada "antifriz" olarak kullanılmaktadır (kullanılan yaygın glikol bileşikleri etilen glikol, dietilen glikol ve propilen glikoldur).

Ayrıca buluş çoğunlukla EV pilleri ışığında tartışılmaktadır. Elektrikli bir araca güç sağlamak için çağrıldığında akü ısınır. Termal akışkan kabın içinden ve akü modüllerinin üzerinden akar.

Aşırı şarj veya akünün delinmesine neden olan bir araba kazası durumunda, termik akışkandaki alev geciktirici yangın tehlikesini azaltır. Daha doğrusu brom bileşiği mikrokapsülleri, yangının aşırı ısısından dolayı kopma sıcaklığına ulaşıldığında kırılır. Alev geciktirici mikrokapsüllerden salınır ve yangının kontrol altına alınmasını sağlar.

2. Hasar Başlatan Cihazların Kullanılması
Kaliforniya Üniversitesi Vekilleri, termal kaçak problemiyle nasıl başa çıkılacağını araştırmak konusunda oldukça aktif görünüyor.

2006 yılında, termal kaçmayı önlemeye uygun yüksek elastik modüllü polimer elektrolitlerle ilgili bir patent başvurusunda bulundular (US8703310). Farklı bir grup mucit, hasarı başlatan malzemeler veya cihazlar kullanarak termal kaçmayı hafifletmeye ilişkin bu patenti (yani US'535) 2013 yılında sundu.

Daha doğrusu, pil hasarı meydana geldiğinde (yani, termal kaçak başlamadan önce veya kısa bir süre sonra) mekanik veya termal olarak (veya her ikisi) tetiklenebilen bir termal kaçak kapatma mekanizması geliştirdiler ve sorunu daha başlamadan çözebildiler. .

Bu tür öngörücü veya anlık karşı önlemler, özellikle bir pil darbeye veya yüksek basınca maruz kaldığında (önceki US'886 patentinde de bahsettiğim bir kaza gibi) ve iç yapısının hasar görüp dahili kısa devre yapması durumunda gereklidir.

Çalışmasının temel prensibi şudur: Bataryaya mekanik bir yük uygulandığında, hasar başlatıcılar elektrotun geniş çaplı hasarını veya tahribatını tetikleyebilir, böylece iç direnç önemli ölçüde artarak termal kaçmayı daha gerçekleşmeden hafifletebilir.

Burada iki tür hasar başlatıcıdan bahsettiler –

Pasif hasar başlatıcılar

Bu başlatıcılar darbe üzerine elektrotlarda çatlamayı veya boşlukları başlatır ve bu tür çatlaklar ve/veya boşluklar elektrotun iç empedansını arttırır ve dolayısıyla olası dahili kısa devre ile ilişkili ısı oluşumunu azaltır. Bu tür katkı maddeleri çatlak veya boşluk başlatıcıları (CVI'ler) olarak bilinir.

Elektrot hasarları, CVI-elektrot arayüzlerindeki bağların kopması veya sertlik uyumsuzluğundan, CVI'nın kırılmasından ve kopmasından vb. kaynaklanabilir. Pasif katkı maddelerinin örnekleri arasında katı veya gözenekli parçacıklar, katı veya içi boş/gözenekli fiberler ve tüpler vb. yer alır ve bunlar Grafit, karbon nanotüpler, aktif karbonlar, karbon siyahları vb. gibi karbon malzemelerden oluşturulabilir.

Aktif hasar başlatıcı

Bu başlatıcılar, mekanik veya termal yükleme üzerine önemli bir hacim veya şekil değişikliği üretebilir. Aktif hasar başlatıcılar, katı veya gözenekli parçacıklar, katı veya içi boş boncuklar, katı veya içi boş/gözenekli fiberler ve tüpler vb. içerebilir. Aktif hasar başlatıcılar, Ni-Ti, Ni-Ti-Pd, Ni gibi şekil hafızalı alaşımlardan oluşturulabilir. —Ti—Pt, vb.

sırasında açığa çıkan kimyasallar termal kaçak zehirli olabilir ve aşırı durumlarda termal kaçak, elektrik yangınlarına ve/veya pillerin patlamasına neden olabilir. Akü ortamındaki ortam hava sıcaklığı da uygun şekilde korunmalıdır. Bu faktörlerin kontrol edilmesi potansiyelini azaltır. termal kaçak .

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