Si të kontrolloni largimin termik të baterive të litium-jonit

1. Retardant i flakës së elektrolitit

Retardantët e flakës së elektrolitit janë një mënyrë shumë efektive për të reduktuar rrezikun e largimit termik të baterive, por këta retardantë flakë shpesh kanë një ndikim serioz në performancën elektrokimike të baterive me jon litium, kështu që është e vështirë të përdoret në praktikë. Për zgjidhjen e këtij problemi, nga universiteti i Kalifornisë, San Diego, ekipi i YuQiao [1] me metodën e paketimit të kapsulës do të rezistojë flakën DbA (dibenzil aminë) të ruajtur në brendësi të mikro kapsulës, të shpërndarë në elektrolit, në kohët normale nuk do të ndikojnë në performancën e baterive të litium-jonit u shfaqën, por kur qelizat të mos shkatërrohen nga forca e jashtme si nxjerrja, më pas lëshohen retardantët e flakës në këto kapsula, duke e helmuar baterinë dhe duke e shkaktuar atë të dështojë, duke e paralajmëruar atë. te arratisja termike. Në vitin 2018, ekipi i YuQiao [2] përdori përsëri teknologjinë e mësipërme, duke përdorur etilen glikol dhe etilendiamine si retardantë të flakës, të cilat u kapsuluan dhe u futën në baterinë e joneve të litiumit, duke rezultuar në një rënie prej 70% në temperaturën maksimale të baterisë së joneve të litiumit gjatë testi i pin pinit, duke reduktuar ndjeshëm rrezikun e kontrollit termik të baterisë së joneve të litiumit.

Metodat e përmendura më sipër janë vetë-shkatërruese, që do të thotë se pasi të përdoret retardanti i flakës, e gjithë bateria litium-jon do të shkatërrohet. Megjithatë, ekipi i AtsuoYamada në universitetin e Tokios në Japoni [3] zhvilloi një elektrolit rezistent ndaj flakës që nuk do të ndikojë në performancën e baterive litium-jon. Në këtë elektrolit, një përqendrim i lartë i NaN(SO2F)2(NaFSA) ose LiN(SO2F)2(LiFSA) është përdorur si kripë litiumi dhe elektrolitit iu shtua një TMP e zakonshme frenuese e flakës trimetil fosfat, e cila përmirësoi ndjeshëm stabilitetin termik. e baterisë litium-jon. Për më tepër, shtimi i retardantit të flakës nuk ndikoi në performancën e ciklit të baterisë me jon litium. Elektroliti mund të përdoret për më shumë se 1000 cikle (1200 C/5 cikle, 95% mbajtje e kapacitetit).

Karakteristikat e frenimit të flakës së baterive me jon litium përmes aditivëve është një nga mënyrat për të paralajmëruar bateritë e joneve të litiumit që të ngrohen jashtë kontrollit. Disa njerëz gjejnë gjithashtu një mënyrë të re për të provuar të paralajmërojnë shfaqjen e qarkut të shkurtër në bateritë e litium-jonit të shkaktuar nga forcat e jashtme nga rrënja, në mënyrë që të arrijnë qëllimin e heqjes së pjesës së poshtme dhe të eliminojnë plotësisht shfaqjen e nxehtësisë jashtë kontrollit. Duke pasur parasysh ndikimin e mundshëm të dhunshëm të baterive të litium-jonit në përdorim, GabrielM.Veith nga Laboratori Kombëtar Oak Ridge në Shtetet e Bashkuara projektoi një elektrolit me veti trashjeje në prerje [4]. Ky elektrolit përdor vetitë e lëngjeve jo-njutoniane. Në gjendje normale, elektroliti është i lëngshëm. Megjithatë, kur ballafaqohet me një goditje të papritur, ajo do të paraqitet në një gjendje të fortë, do të bëhet jashtëzakonisht e fortë dhe madje mund të arrijë efektin e antiplumbit. Nga rrënja, ai paralajmëron rrezikun e largimit termik të shkaktuar nga qarku i shkurtër në bateri kur bateria e litium-jonit të energjisë përplaset.

2. Struktura e baterisë

Më tej, le të shohim se si të vendosim frenat në termike të larguar nga niveli i qelizave të baterisë. Aktualisht, problemi i largimit termik është konsideruar në projektimin strukturor të baterive të joneve litium. Për shembull, zakonisht ka një valvul për lehtësimin e presionit në kapakun e sipërm të baterisë 18650, i cili mund të çlirojë në kohë presionin e tepërt brenda baterisë kur ikja termike. Së dyti, do të ketë material PTC me koeficient pozitiv të temperaturës në kapakun e baterisë. Kur temperatura e largimit termik rritet, rezistenca e materialit PTC do të rritet ndjeshëm për të zvogëluar rrymën dhe për të zvogëluar gjenerimin e nxehtësisë. Përveç kësaj, në hartimin e strukturës së baterisë së vetme duhet të merret parasysh edhe dizajni kundër qarkut të shkurtër midis poleve pozitive dhe negative, vigjilent për shkak të keqfunksionimit, mbetjeve metalike dhe faktorëve të tjerë që rezultojnë në qark të shkurtër të baterisë, duke shkaktuar aksidente sigurie.

Kur dizajni i dytë në bateri, duhet të përdoret diafragma më e sigurtë, siç është diafragma e mbyllur automatike e kompozitit me tre shtresa në temperaturë të lartë, por vitet e fundit, me përmirësimin e densitetit të energjisë së baterisë, diafragma e hollë nën tendencën e diafragma e përbërë me tre shtresa është vjetëruar gradualisht, është zëvendësuar nga veshja qeramike e diafragmës, veshja qeramike për qëllimet e mbështetjes së diafragmës, zvogëlimi i tkurrjes së diafragmës në temperatura të larta, Përmirësimi i qëndrueshmërisë termike të baterisë së joneve litium dhe zvogëlimi i rrezikut të ikja termike e baterisë jonike të litiumit.

3. Dizajni i sigurisë termike të paketës së baterive

Në përdorim, bateritë me jon litium shpesh përbëhen nga dhjetëra, qindra apo edhe mijëra bateri përmes lidhjeve serike dhe paralele. Për shembull, paketa e baterive e Tesla ModelS përbëhet nga më shumë se 7000 bateri 18650. Nëse njëra nga bateritë humbet kontrollin termik, ajo mund të përhapet në paketimin e baterisë dhe të shkaktojë pasoja të rënda. Për shembull, në janar 2013, bateria litium-jonike e një kompanie japoneze Boeing 787 mori flakë në Boston, Shtetet e Bashkuara. Sipas hetimit të Bordit Kombëtar të Sigurisë së Transportit, një bateri me jon litium katror 75Ah në paketimin e baterive shkaktoi largimin termik të baterive ngjitur. Pas incidentit, Boeing kërkoi që të gjitha paketat e baterive të pajisen me masa të reja për të parandaluar përhapjen e pakontrolluar termike.

Për të parandaluar përhapjen e rrjedhës termike brenda baterive të joneve litium, AllcellTechnology zhvilloi një material izolues termik PCC për bateritë me jon litium bazuar në materialet e ndryshimit të fazës [5]. Materiali PCC i mbushur ndërmjet baterisë së litium-jonit monomer, në rastin e punës normale të paketës së baterisë me jon litium, paketa e baterisë në nxehtësi mund të kalojë përmes materialit PCC shpejt në pjesën e jashtme të paketës së baterisë, kur ikja termike në jon litium Bateritë, materiali PCC nga shkrirja e tij e brendshme e dyllit të parafinës thith shumë nxehtësi, parandalon rritjen e mëtejshme të temperaturës së baterisë, kështu vigjilent ndaj nxehtësisë jashtë kontrollit në difuzionin e brendshëm të paketës së baterisë. Në testin pinprick, largimi termik i një baterie në një paketë baterie të përbërë nga 4 dhe 10 vargje të 18650 paketave baterish pa përdorimin e materialit PCC përfundimisht shkaktoi largimin termik të 20 baterive në paketën e baterive, ndërsa ikja termike e një bateria në paketën e baterisë e bërë nga materiali PCC nuk shkaktoi largimin termik të paketave të tjera të baterive.