როგორ გავაკონტროლოთ ლითიუმის იონური ბატარეების თერმული გაქცევა

1. ელექტროლიტის ცეცხლგამძლე

ელექტროლიტური აალებადი საშუალებები ძალზე ეფექტური საშუალებაა ბატარეების თერმული გაქცევის რისკის შესამცირებლად, მაგრამ ეს ცეცხლშემნელლები ხშირად სერიოზულ გავლენას ახდენენ ლითიუმის იონური ბატარეების ელექტროქიმიურ მუშაობაზე, ამიტომ პრაქტიკაში მისი გამოყენება რთულია. ამ პრობლემის გადასაჭრელად, კალიფორნიის უნივერსიტეტის, სან-დიეგოს, YuQiao-ს გუნდი [1] კაფსულის შეფუთვის მეთოდით გამოიმუშავებს ცეცხლგამძლე DbA-ს (დიბენზილ ამინი), რომელიც ინახება მიკრო კაფსულის ინტერიერში, მიმოფანტულ ელექტროლიტში. ნორმალური დრო გავლენას არ მოახდენს ლითიუმ-იონური ბატარეების მუშაობაზე, მაგრამ როდესაც უჯრედები განადგურებულია გარე ძალით, როგორიცაა ექსტრუზია, ამ კაფსულებში ცეცხლშემნელებელი ნივთიერებები გამოიყოფა, რაც მოწამლავს ბატარეას და იწვევს მის გაფუჭებას, რითაც აფრთხილებს მას. თერმული გაქცევისკენ. 2018 წელს, YuQiao-ს გუნდმა [2] კვლავ გამოიყენა ზემოაღნიშნული ტექნოლოგია, გამოიყენა ეთილენგლიკოლი და ეთილენდიამინი, როგორც ცეცხლმოკიდებული, რომლებიც ჩასმული იყო და ჩასვეს ლითიუმ-იონურ ბატარეაში, რის შედეგადაც ლითიუმ-იონური ბატარეის მაქსიმალური ტემპერატურა 70%-ით დაეცა. pin pin ტესტი, მნიშვნელოვნად ამცირებს ლითიუმის იონური ბატარეის თერმული კონტროლის რისკს.

ზემოთ ნახსენები მეთოდები თვითგანადგურებულია, რაც ნიშნავს, რომ მას შემდეგ რაც ცეცხლგამძლე საშუალება გამოიყენებს, მთელი ლითიუმ-იონური ბატარეა განადგურდება. თუმცა, იაპონიის ტოკიოს უნივერსიტეტის AtsuoYamada-ს გუნდმა [3] შეიმუშავა ცეცხლგამძლე ელექტროლიტი, რომელიც გავლენას არ მოახდენს ლითიუმ-იონური ბატარეების მუშაობაზე. ამ ელექტროლიტში გამოყენებული იქნა NaN(SO2F)2(NaFSA) ან LiN(SO2F)2(LiFSA) მაღალი კონცენტრაცია ლითიუმის მარილის სახით და ელექტროლიტს დაემატა ჩვეულებრივი ცეცხლგამძლე ტრიმეთილფოსფატი TMP, რამაც მნიშვნელოვნად გააუმჯობესა თერმული სტაბილურობა. ლითიუმის იონური ბატარეისგან. უფრო მეტიც, ცეცხლგამძლე ნივთიერების დამატებამ არ იმოქმედა ლითიუმ-იონური ბატარეის ციკლის მუშაობაზე. ელექტროლიტის გამოყენება შესაძლებელია 1000-ზე მეტი ციკლისთვის (1200 C/5 ციკლი, 95% სიმძლავრის შეკავება).

ლითიუმ-იონური ბატარეების ცეცხლგამძლე მახასიათებლები დანამატების საშუალებით არის ლითიუმ-იონური ბატარეების გაფრთხილების ერთ-ერთი გზა კონტროლის გარეშე გაცხელების შესახებ. ზოგიერთი ადამიანი ასევე პოულობს ახალ გზას, რათა შეატყობინოს ლითიუმის იონურ ბატარეებში გარე ძალებით გამოწვეული მოკლე ჩართვა ფესვიდან, რათა მიაღწიოს ფსკერის ამოღებას და მთლიანად აღმოფხვრას სითბოს წარმოქმნა უკონტროლო. გამოყენებული ლითიუმ-იონური ბატარეების შესაძლო ძალადობრივი ზემოქმედების გათვალისწინებით, GabrielM.Veith-მა Oak Ridge-ის ეროვნული ლაბორატორიიდან აშშ-ში დააპროექტა ელექტროლიტი, რომელსაც აქვს ათვლის გასქელება [4]. ეს ელექტროლიტი იყენებს არანიუტონის სითხეების თვისებებს. ნორმალურ მდგომარეობაში ელექტროლიტი არის თხევადი. თუმცა, უეცარი დარტყმის პირისპირ, ის წარმოადგენს მყარ მდგომარეობას, გახდება უკიდურესად ძლიერი და შეუძლია მიაღწიოს ტყვიაგაუმტარობის ეფექტსაც. ძირიდან ის აფრთხილებს თერმული გაქცევის რისკს, რომელიც გამოწვეულია ბატარეაში მოკლე ჩართვით, როდესაც ლითიუმ-იონური ბატარეა ეჯახება.

2. ბატარეის სტრუქტურა

შემდეგი, მოდით შევხედოთ, თუ როგორ უნდა დააყენოთ მუხრუჭები თერმულ გაქცევაზე ბატარეის უჯრედების დონიდან. ამჟამად, თერმული გაქცევის პრობლემა განიხილება ლითიუმის იონური ბატარეების სტრუქტურულ დიზაინში. მაგალითად, 18650 ბატარეის ზედა ყდაში ჩვეულებრივ არის წნევის შემამსუბუქებელი სარქველი, რომელსაც შეუძლია დროულად გაათავისუფლოს ზედმეტი წნევა ბატარეის შიგნით თერმული გაქცევისას. მეორეც, ბატარეის საფარში იქნება დადებითი ტემპერატურის კოეფიციენტის მასალა PTC. როდესაც თერმული გაქცევის ტემპერატურა იზრდება, PTC მასალის წინააღმდეგობა მნიშვნელოვნად გაიზრდება, რათა შემცირდეს დენი და შეამციროს სითბოს გამომუშავება. გარდა ამისა, ერთი ბატარეის სტრუქტურის დიზაინში ასევე უნდა იქნას გათვალისწინებული მოკლე ჩართვის დიზაინი პოზიტიურ და უარყოფით პოლუსებს შორის, გაფრთხილება არასწორი მუშაობის, ლითონის ნარჩენების და სხვა ფაქტორების გამო, რომლებიც იწვევს ბატარეის მოკლე ჩართვას, რაც იწვევს უსაფრთხოების ავარიებს.

როდესაც მეორე დიზაინის ბატარეებში, უნდა გამოიყენოს უფრო უსაფრთხო დიაფრაგმა, როგორიცაა ავტომატური დახურული სამშრიანი კომპოზიტის დიაფრაგმა მაღალ ტემპერატურაზე, მაგრამ ბოლო წლებში, ბატარეის ენერგიის სიმკვრივის გაუმჯობესებით, თხელი დიაფრაგმა ტენდენციის ქვეშ. სამფენიანი კომპოზიციური დიაფრაგმა თანდათან მოძველდა, შეიცვალა დიაფრაგმის კერამიკული საფარით, კერამიკული საფარით დიაფრაგმის საყრდენი მიზნებისთვის, ამცირებს დიაფრაგმის შეკუმშვას მაღალ ტემპერატურაზე, აუმჯობესებს ლითიუმ-იონური ბატარეის თერმული სტაბილურობას და ამცირებს რისკს. ლითიუმის იონური ბატარეის თერმული გაქცევა.

3. ბატარეის პაკეტის თერმული უსაფრთხოების დიზაინი

გამოყენებისას, ლითიუმის იონური ბატარეები ხშირად შედგება ათობით, ასობით ან თუნდაც ათასობით ბატარეისგან სერიული და პარალელური კავშირის საშუალებით. მაგალითად, Tesla ModelS-ის ბატარეის პაკეტი შედგება 7000-ზე მეტი 18650 ბატარეისგან. თუ ერთ-ერთმა ბატარეამ დაკარგა თერმული კონტროლი, ის შეიძლება გავრცელდეს ბატარეის პაკეტში და გამოიწვიოს სერიოზული შედეგები. მაგალითად, 2013 წლის იანვარში იაპონური კომპანიის Boeing 787 ლითიუმ-იონური ბატარეა ბოსტონში, აშშ-ში ცეცხლი გაუჩნდა. ტრანსპორტის უსაფრთხოების ეროვნული საბჭოს გამოძიების თანახმად, ბატარეის პაკეტში 75Ah კვადრატული ლითიუმის იონური ბატარეა გამოიწვია მიმდებარე ბატარეების თერმული გაქცევა. ინციდენტის შემდეგ Boeing-მა მოითხოვა, რომ ბატარეის ყველა პაკეტი აღჭურვილი ყოფილიყო ახალი ზომებით, რათა თავიდან აიცილოს უკონტროლო თერმული გავრცელება.

ლითიუმ-იონური ბატარეების შიგნით თერმული გაქცევის თავიდან ასაცილებლად, AllcellTechnology-მა შეიმუშავა თერმული იზოლაციის მასალა PCC ლითიუმ-იონური ბატარეებისთვის ფაზის შეცვლის მასალებზე დაყრდნობით [5]. PCC მასალა, რომელიც ივსება მონომერულ ლითიუმ-იონურ ბატარეას შორის, ლითიუმ-იონური ბატარეის პაკეტის ნორმალური მუშაობის შემთხვევაში, ბატარეის პაკეტი სიცხეში შეიძლება სწრაფად გადავიდეს PCC მასალის მეშვეობით ბატარეის პაკეტის გარეთ, როდესაც თერმული გადის ლითიუმის იონში. ბატარეები, PCC მასალა მისი შიდა პარაფინის ცვილის დნობით შთანთქავს უამრავ სითბოს, ხელს უშლის ბატარეის ტემპერატურის შემდგომ მატებას, რითაც გაფრთხილებულია ბატარეის პაკეტის შიდა დიფუზიის დროს უკონტროლო სითბოს შესახებ. pinprick ტესტის დროს, ერთი ბატარეის თერმულმა გაქცევამ ბატარეის პაკეტში, რომელიც შედგება 18650 ბატარეის პაკეტის 4 და 10 სიმისგან, PCC მასალის გამოყენების გარეშე, საბოლოოდ გამოიწვია 20 ბატარეის თერმული გაქცევა ბატარეის პაკეტში, ხოლო ერთის თერმულმა გაქცევამ. PCC მასალისგან დამზადებულ ბატარეის აკუმულატორის ბატარეამ არ გამოიწვია სხვა ბატარეის პაკეტების თერმული გაქცევა.