تھرمل بھاگ جانے کی وجہ سے لیتھیم آئن بیٹریوں کے دھماکے کو کیسے روکا جائے؟

تھرمل رن وے ایک دیرینہ مسئلہ ہے جس نے بڑی کارپوریشنز کو جھنجھوڑ دیا ہے۔ ٹیسلا , سام سنگ ، اور بوئنگ اور ایک جیسے چھوٹے.

بوئنگ کا ڈریم لائنر 787، جس کا بوئنگ نے 20% ایندھن کی بچت کے طور پر اشتہار دیا تھا، 2013 میں گراؤنڈ کر دیا گیا تھا۔ اسی سال، Tesla کے ماڈل S کو کم از کم 3 بار آگ لگنے کے بعد وفاقی حفاظتی تحقیقات کی زد میں آیا۔پچھلے سال سام سنگ نے 25 لاکھ گلیکسی نوٹ 7 سمارٹ فون واپس منگوائے تھے۔

ان تینوں کمپنیوں کے لیے، جو اپنے ڈومین کے سرفہرست کھلاڑی ہیں، مسئلہ ایک ہی تھا - لیتھیم آئن بیٹریاں جو ان کی پروڈکٹ کے دل میں پاور سورس کے طور پر نصب ہیں۔ٹیسلا ماڈل ایس، ڈریم لائنر 787 اور گلیکسی نوٹ 7 میں نصب لیتھیم آئن بیٹریاں مسلسل پھٹ رہی تھیں۔

لتیم آئن بیٹری غیر متوقع طور پر کیوں پھٹتی ہے؟

لیتھیم آئن بیٹریاں کئی صنعتوں میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والی بیٹریاں ہیں لیکن، کیا آپ جانتے ہیں کہ انہیں کیا چیز خطرناک بناتی ہے؟اگر آپ لی-آئن بیٹریوں کے ساتھ کام کرنے والے ایک محقق ہیں، تو آپ کو معلوم ہوگا کہ زیادہ تر لیتھیم آئن بیٹریوں کے پھٹنے کی ایک بڑی وجہ تھرمل بھاگ جانا ہے۔

تھرمل رن وے کیا ہے اور یہ بیٹری کے دھماکوں کی سب سے بڑی وجہ کیوں ہے؟
لیتھیم آئن بیٹریوں میں، کیتھوڈ اور اینوڈ کو ایک باریک – بعض اوقات 10 مائیکرون – پولی تھیلین جداکار سے الگ کیا جاتا ہے۔جب یہ جداکار پھٹ جاتا ہے تو ایک شارٹ سرکٹ ہوتا ہے جو تھرمل رن وے کہلانے والے عمل کو شروع کرتا ہے۔

تھرمل بھاگنا عام طور پر چارجنگ کے دوران ہوتا ہے۔درجہ حرارت تیزی سے دھاتی لتیم کے پگھلنے کے مقام تک بڑھ جاتا ہے اور پرتشدد ردعمل کا سبب بنتا ہے۔

تھرمل بھاگنے کے پیچھے ایک اور بڑی وجہ دیگر خوردبینی دھاتی ذرات کا بیٹری کے مختلف حصوں کے ساتھ رابطے میں آنا ہے (یہ بیٹری کی اسمبلی کے عمل میں ہر وقت ہوتا ہے)، جس کے نتیجے میں شارٹ سرکٹ ہوتا ہے۔

عام طور پر، ایک ہلکا شارٹ سرکٹ بلند خود خارج ہونے کا سبب بن سکتا ہے اور تھوڑی گرمی پیدا ہوتی ہے کیونکہ خارج ہونے والی توانائی بہت کم ہوتی ہے۔لیکن، جب کافی مائکروسکوپک دھاتی ذرات ایک جگہ پر اکٹھے ہو جاتے ہیں، تو ایک بڑا برقی شارٹ پیدا ہو سکتا ہے اور مثبت اور منفی پلیٹوں کے درمیان ایک بڑا کرنٹ بہہ جائے گا۔

اس کی وجہ سے درجہ حرارت بڑھتا ہے، جس سے تھرمل بھاگ جاتا ہے، جسے 'شعلے سے نکالنا' بھی کہا جاتا ہے۔

تھرمل رن وے کے دوران، ناکام سیل کی تیز حرارت اگلے سیل میں پھیل سکتی ہے، جس کی وجہ سے یہ تھرمل طور پر بھی غیر مستحکم ہو جاتا ہے۔بعض صورتوں میں، ایک سلسلہ ردعمل ہوتا ہے جس میں ہر خلیہ اپنے ٹائم ٹیبل پر ٹوٹ جاتا ہے۔

لی آئن بیٹریوں کا دھماکہ سب کے لیے ایک بڑا مسئلہ کیوں ہے؟

آپ کی جیب میں موجود سمارٹ فون ایک سے چلتا ہے۔ لی آئن بیٹری .یہ پورٹیبل الیکٹرانکس کے لیے ریچارج ایبل بیٹریوں کی مقبول ترین اقسام میں سے ایک ہیں کیونکہ ان کی اعلی توانائی کی کثافت، چھوٹے میموری اثر، اور کم خود خارج ہونے والے مادہ کی وجہ سے۔

کنزیومر الیکٹرانکس کے علاوہ، لتیم آئن بیٹریاں ملٹری، الیکٹرک وہیکل اور ایرو اسپیس ایپلی کیشنز کے لیے مشہور ہیں۔مثال کے طور پر، لیتھیم آئن بیٹریوں نے روایتی لیڈ ایسڈ بیٹریوں کی جگہ لے لی ہے جو تاریخی طور پر گولف کارٹس اور یوٹیلیٹی گاڑیوں کے لیے استعمال ہوتی رہی ہیں۔

2016-2022 کے دوران 10.8% کے CAGR کے ساتھ، 2022 تک عالمی لیتھیم آئن بیٹری مارکیٹ کا حجم $46.21 بلین تک پہنچنے کی توقع ہے۔

کسی ایسی چیز کے لیے جو اتنی تیز رفتاری سے ہماری روزمرہ کی زندگی کا ایک لازمی حصہ بن گئی ہے، ہم واقعی ان بیٹریوں کو اپنے ارد گرد رکھتے ہوئے اپنی جانوں کو خطرے میں ڈال رہے ہوں گے۔

ان کی ایپلی کیشنز کو دیکھتے ہوئے، وہ آسانی سے بدلنے کے قابل نہیں ہیں لیکن اگر تھرمل رن وے کا مسئلہ حل ہو جائے تو جنت میں توازن بحال ہو جائے گا۔

ہم تھرمل رن وے کو کیسے روک سکتے ہیں۔ لتیم آئن بیٹریاں ?

1. ایک شعلہ ریٹارڈنٹ کا تعارف
تھرمل بھاگنا اکثر پنکچر اور غلط چارجنگ سے ہوتا ہے۔آگ کے اس طرح کے خطرات کا مقابلہ کرنے کے لیے، موجدوں نے تھرمل سیال کا استعمال کیا جس میں شعلہ retardant ہوتا ہے۔

ایک شعلہ retardant ایک مرکب ہے جو شعلوں کی پیداوار کو روکتا ہے، دباتا ہے یا تاخیر کرتا ہے یا آگ کے پھیلاؤ کو روکتا ہے۔

یہاں انہوں نے اعلی کثافت والی پولی تھیلین میں شعلہ ریٹارڈنٹ (عام طور پر ایک برومین کمپاؤنڈ) کو مائیکرو کیپسولیٹ کیا ہے اور استعمال ہونے والے تھرمل سیال کو تیار کرنے کے لیے پانی اور ایک گلائکول مرکب شامل کیا ہے۔گلائکول کمپاؤنڈ کو یہاں "اینٹی فریز" کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے (عام استعمال شدہ گلائکول مرکبات ایتھیلین گلائکول، ڈائیتھیلین گلائکول، اور پروپیلین گلائکول ہیں)۔

اس کے علاوہ، ایجاد زیادہ تر EV بیٹریوں کی روشنی میں بحث کی جاتی ہے۔ایک بیٹری جب برقی گاڑی کو پاور کرنے کے لیے بلایا جاتا ہے تو وہ گرم ہو جاتی ہے۔تھرمل سیال کنٹینر کے ذریعے اور بیٹری کے ماڈیولز کے اوپر بہتا ہے۔

زیادہ چارج ہونے کی صورت میں، یا بیٹری کے پنکچر کے نتیجے میں کار حادثے کی صورت میں، تھرمل سیال میں شعلہ retardant آگ کے خطرے کو کم کرنے کا کام کرتا ہے۔زیادہ واضح طور پر، برومین کمپاؤنڈ مائکرو کیپسول پھٹ جاتے ہیں جب آگ کی زیادہ گرمی کی وجہ سے ٹوٹنے کا درجہ حرارت پہنچ جاتا ہے۔شعلہ ریٹارڈنٹ مائکرو کیپسول سے خارج ہوتا ہے اور آگ پر قابو پانے کے لیے کام کرتا ہے۔

2. نقصان پہنچانے والے آلات کا استعمال
کیلیفورنیا یونیورسٹی کے ریجنٹس اس تحقیق میں کافی سرگرم نظر آتے ہیں کہ تھرمل بھاگنے والے مسئلے سے کیسے نمٹا جائے۔

2006 میں، انہوں نے تھرمل رن وے (US8703310) کو روکنے کے لیے موزوں اعلی لچکدار ماڈیولس پولیمر الیکٹرولائٹس سے متعلق پیٹنٹ دائر کیا۔موجدوں کے ایک مختلف سیٹ نے یہ پیٹنٹ (یعنی US'535) 2013 میں فائل کیا ہے، نقصان پہنچانے والے مواد یا آلات کا استعمال کرتے ہوئے تھرمل رن وے کو کم کرنے کے بارے میں۔

مزید واضح طور پر، انہوں نے تھرمل رن وے شٹ ڈاؤن میکانزم تیار کیا ہے جو میکانکی طور پر یا تھرمل (یا دونوں) سے شروع کیا جا سکتا ہے، جیسے ہی بیٹری کو نقصان ہوتا ہے (یعنی تھرمل رن وے شروع ہونے سے پہلے یا اس کے فوراً بعد) اور اس کے شروع ہونے سے پہلے ہی مسئلہ کا خیال رکھیں۔ .

اس طرح کی پیش گوئی کرنے والے یا فوری جوابی اقدامات کی خاص طور پر ضرورت ہوتی ہے جب کوئی بیٹری اثر یا زیادہ دباؤ کا شکار ہو (جیسے کہ میں نے پچھلے پیٹنٹ US'886 کے لیے بھی بتایا تھا کہ ایک حادثہ) اور اس کی اندرونی ساخت خراب ہو جاتی ہے، جس سے اندرونی شارٹنگ ہوتی ہے۔

بنیادی اصول جس پر یہ کام کرتا ہے وہ ہے – جیسے کہ بیٹری پر مکینیکل بوجھ لاگو ہوتا ہے، نقصان شروع کرنے والے الیکٹروڈ کے بڑے پیمانے پر نقصان یا تباہی کو متحرک کر سکتے ہیں تاکہ اندرونی مزاحمت نمایاں طور پر بڑھ جائے تاکہ تھرمل رن وے کو ہونے سے پہلے ہی کم کیا جا سکے۔

یہاں انہوں نے دو قسم کے نقصانات شروع کرنے والوں کے بارے میں بات کی ہے۔ -

غیر فعال نقصان initiators

یہ انیشیٹرز اثر ہونے پر الیکٹروڈز میں کریکنگ یا ویوائڈنگ شروع کرتے ہیں، اور اس طرح کی دراڑیں اور/یا voids الیکٹروڈ کی اندرونی رکاوٹ کو بڑھاتی ہیں اور اس طرح، ممکنہ اندرونی شارٹنگ سے وابستہ حرارت کی پیداوار کو کم کرتی ہے۔اس طرح کے additives کو کریکس یا voids initiators (CVIs) کہا جاتا ہے۔

الیکٹروڈ کو پہنچنے والے نقصانات CVI-الیکٹروڈ انٹرفیس، فریکچر، اور CVI کے پھٹ جانے کی وجہ سے ہو سکتے ہیں۔ کاربن مواد جیسے گریفائٹ، کاربن نانوٹوبس، ایکٹیویٹڈ کاربن، کاربن بلیک وغیرہ سے بن سکتے ہیں۔

فعال نقصان شروع کرنے والا

یہ شروع کرنے والے مکینیکل یا تھرمل لوڈنگ پر ایک اہم حجم یا شکل میں تبدیلی پیدا کر سکتے ہیں۔فعال نقصان شروع کرنے والوں میں ٹھوس یا غیر محفوظ ذرات، ٹھوس یا کھوکھلی موتیوں کی مالا، ٹھوس یا کھوکھلی/غیرمحفوظ ریشے اور ٹیوبیں وغیرہ شامل ہو سکتے ہیں۔ ایکٹیو ڈیم انیشیٹرس شکل کی یادداشت کے مرکب سے بنائے جا سکتے ہیں جیسے Ni—Ti, Ni—Ti—Pd, Ni -Ti-Pt، وغیرہ

وہ کیمیکل جو دوران خارج ہوتے ہیں۔ تھرمل بھگوڑا زہریلا ہو سکتا ہے اور انتہائی صورتوں میں، تھرمل بھاگ جانے سے بجلی کی آگ اور/یا بیٹریاں پھٹ سکتی ہیں۔بیٹری کے ماحول میں محیط ہوا کا درجہ حرارت بھی مناسب طریقے سے برقرار رکھا جانا چاہیے۔ان عوامل کو کنٹرول کرنے کی صلاحیت کم ہو جاتی ہے۔ تھرمل بھگوڑا .

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