Ինչպես վերահսկել լիթիումի իոնային մարտկոցների ջերմային արտահոսքը

1. Էլեկտրոլիտի բոցավառվող նյութ

Էլեկտրոլիտային բոցավառող միջոցները շատ արդյունավետ միջոց են մարտկոցների ջերմային փախուստի վտանգը նվազեցնելու համար, սակայն այդ բոցավառվողները հաճախ լուրջ ազդեցություն են ունենում լիթիումի իոնային մարտկոցների էլեկտրաքիմիական աշխատանքի վրա, ուստի գործնականում դժվար է օգտագործել: Այս խնդիրը լուծելու համար Սան Դիեգոյի Կալիֆորնիայի համալսարանի YuQiao թիմը [1] պարկուճների փաթեթավորման մեթոդով կկատարի բոցավառվող DbA (դիբենզիլ ամին), որը պահվում է միկրո պարկուճի ներսում՝ ցրված էլեկտրոլիտի մեջ, Սովորական ժամանակները չեն ազդի լիթիումի իոնային մարտկոցների աշխատանքի վրա, բայց երբ բջիջները ոչնչացվում են արտաքին ուժով, ինչպիսին է արտամղումը, այդ պարկուճներում բոցավառվող նյութերն այնուհետև ազատվում են՝ թունավորելով մարտկոցը և առաջացնելով այն խափանելու համար՝ դրանով իսկ զգուշացնելով նրան։ դեպի ջերմային փախած: 2018 թվականին YuQiao-ի թիմը [2] կրկին կիրառեց վերը նշված տեխնոլոգիան՝ օգտագործելով էթիլեն գլիկոլ և էթիլենդիամին որպես բոցավառվող նյութեր, որոնք պարփակվեցին և տեղադրվեցին լիթիումի իոնային մարտկոցի մեջ, ինչը հանգեցրեց լիթիումի իոնային մարտկոցի առավելագույն ջերմաստիճանի 70% անկմանը։ քորոցային թեստը՝ զգալիորեն նվազեցնելով լիթիումի իոնային մարտկոցի ջերմային հսկողության ռիսկը:

Վերոհիշյալ մեթոդները ինքնաոչնչացվող են, ինչը նշանակում է, որ երբ օգտագործվի բոցավառվող նյութը, ամբողջ լիթիում-իոնային մարտկոցը կկործանվի: Այնուամենայնիվ, AtsuoYamada-ի թիմը Տոկիոյի համալսարանում (Ճապոնիա) [3] մշակել է բոցավառվող էլեկտրոլիտ, որը չի ազդի լիթիում-իոնային մարտկոցների աշխատանքի վրա։ Այս էլեկտրոլիտում NaN(SO2F)2(NaFSA) կամLiN(SO2F)2(LiFSA) բարձր կոնցենտրացիան օգտագործվել է որպես լիթիումի աղ, և էլեկտրոլիտին ավելացվել է սովորական բոցավառող տրիմեթիլֆոսֆատ TMP, ինչը զգալիորեն բարելավում է ջերմային կայունությունը։ լիթիումի իոնային մարտկոցից: Ավելին, բոցավառող նյութի ավելացումը չի ազդել լիթիումի իոնային մարտկոցի ցիկլի աշխատանքի վրա: Էլեկտրոլիտը կարող է օգտագործվել ավելի քան 1000 ցիկլերի համար (1200 C/5 ցիկլեր, 95% հզորության պահպանում):

Լիթիումի իոնային մարտկոցների բոցավառման բնութագրերը հավելումների միջոցով լիթիումի իոնային մարտկոցներին անկառավարելի տաքանալու մասին զգուշացնելու միջոցներից մեկն է: Որոշ մարդիկ նաև նոր միջոց են գտնում՝ փորձելով զգուշացնել արմատից արտաքին ուժերի հետևանքով առաջացած լիթիումի իոնային մարտկոցների կարճ միացման մասին, որպեսզի հասնեն հատակը հեռացնելու նպատակին և ամբողջությամբ վերացնել անվերահսկելի ջերմության առաջացումը: Հաշվի առնելով օգտագործվող ուժային լիթիումի իոնային մարտկոցների հնարավոր կատաղի ազդեցությունը, GabrielM.Veith-ը ԱՄՆ-ի Oak Ridge ազգային լաբորատորիայից նախագծեց էլեկտրոլիտ, որն ունի կտրող խտացնող հատկություն [4]: Այս էլեկտրոլիտը օգտագործում է ոչ նյուտոնյան հեղուկների հատկությունները: Նորմալ վիճակում էլեկտրոլիտը հեղուկ է։ Այնուամենայնիվ, երբ բախվում է հանկարծակի հարվածի, այն կներկայացնի ամուր վիճակ, կդառնա չափազանց ուժեղ և նույնիսկ կարող է հասնել զրահակայունության: Արմատից այն զգուշացնում է մարտկոցի կարճ միացումից առաջացած ջերմային փախուստի վտանգի մասին, երբ ուժային լիթիումի իոնային մարտկոցը բախվում է:

2. Մարտկոցի կառուցվածքը

Հաջորդը, եկեք տեսնենք, թե ինչպես կարելի է արգելակները դնել մարտկոցի բջիջների մակարդակից ջերմային փախուստի վրա: Ներկայումս լիթիումի իոնային մարտկոցների կառուցվածքային նախագծման մեջ դիտարկվել է ջերմային փախուստի խնդիրը: Օրինակ, 18650 մարտկոցի վերին կափարիչում սովորաբար կա ճնշումը թուլացնող փական, որը կարող է ժամանակին ազատել ավելորդ ճնշումը մարտկոցի ներսում, երբ ջերմային փախչում է: Երկրորդ, մարտկոցի ծածկույթում կլինի դրական ջերմաստիճանի գործակից PTC նյութ: Երբ ջերմային արտահոսքի ջերմաստիճանը բարձրանում է, PTC նյութի դիմադրությունը զգալիորեն կբարձրանա հոսանքը նվազեցնելու և ջերմության առաջացումը նվազեցնելու համար: Բացի այդ, մեկ մարտկոցի կառուցվածքի նախագծման ժամանակ պետք է հաշվի առնել նաև դրական և բացասական բևեռների միջև հակակարճ միացման ձևավորումը, զգուշանալ սխալ շահագործման, մետաղի մնացորդների և այլ գործոնների պատճառով, որոնք հանգեցնում են մարտկոցի կարճ միացմանը, ինչը հանգեցնում է անվտանգության վթարների:

Երբ երկրորդ դիզայնը մարտկոցներում, պետք է օգտագործվի ավելի ապահով դիֆրագմը, ինչպիսին է եռաշերտ կոմպոզիտային ավտոմատ փակ ծակոտիները բարձր ջերմաստիճանի դեպքում, սակայն վերջին տարիներին մարտկոցի էներգիայի խտության բարելավմամբ, բարակ դիֆրագմը միտում ունի: Եռաշերտ կոմպոզիտային դիֆրագմը աստիճանաբար հնացել է, փոխարինվել է դիֆրագմայի կերամիկական ծածկույթով, կերամիկական ծածկույթով դիֆրագմի աջակցության նպատակներով, նվազեցնել դիֆրագմայի կծկումը բարձր ջերմաստիճաններում, բարելավել լիթիումի իոնային մարտկոցի ջերմային կայունությունը և նվազեցնել վտանգը: լիթիումի իոնային մարտկոցի ջերմային հեռացում:

3. Մարտկոցի փաթեթի ջերմային անվտանգության դիզայն

Օգտագործման ժամանակ լիթիումի իոնային մարտկոցները հաճախ կազմված են տասնյակ, հարյուրավոր կամ նույնիսկ հազարավոր մարտկոցներից՝ սերիական և զուգահեռ կապի միջոցով: Օրինակ, Tesla ModelS-ի մարտկոցների փաթեթը բաղկացած է ավելի քան 7000 18650 մարտկոցից: Եթե ​​մարտկոցներից մեկը կորցնի ջերմային կառավարումը, այն կարող է տարածվել մարտկոցի փաթեթում և հանգեցնել լուրջ հետևանքների: Օրինակ՝ 2013 թվականի հունվարին ԱՄՆ-ի Բոստոն քաղաքում բռնկվեց ճապոնական ընկերության Boeing 787 լիթիումի իոնային մարտկոցը։ Ըստ Տրանսպորտի անվտանգության ազգային խորհրդի հետաքննության՝ մարտկոցի 75Ah քառակուսի լիթիումի իոնային մարտկոցը առաջացրել է հարակից մարտկոցների ջերմային փախուստը: Միջադեպից հետո Boeing-ը պահանջել է, որ մարտկոցների բոլոր փաթեթները հագեցվեն նոր միջոցներով՝ կանխելու ջերմային անվերահսկելի տարածումը:

Լիթիումի իոնային մարտկոցների ներսում ջերմային արտահոսքի տարածումը կանխելու համար AllcellTechnology-ը մշակել է լիթիումի իոնային մարտկոցների ջերմամեկուսիչ PCC նյութ, որը հիմնված է փուլափոխվող նյութերի վրա [5]: PCC նյութը լցված է մոնոմեր լիթիումի իոնային մարտկոցի միջև, լիթիումի իոնային մարտկոցների փաթեթի բնականոն աշխատանքի դեպքում, ջերմության մեջ մարտկոցի փաթեթը կարող է արագ փոխանցվել PCC նյութի միջով մարտկոցի տուփի արտաքին կողմը, երբ լիթիումի իոնում ջերմային փախչում է։ մարտկոցները, PCC նյութը իր ներքին պարաֆին մոմի հալեցման միջոցով կլանում է շատ ջերմություն, կանխում մարտկոցի ջերմաստիճանի հետագա բարձրացումը, հետևաբար զգուշացնում է մարտկոցի տուփի ներքին դիֆուզիայի մեջ անվերահսկելի ջերմության մասին: Pinprick թեստում մեկ մարտկոցի ջերմային արտահոսքը մարտկոցի փաթեթում, որը բաղկացած է 18650 մարտկոցների փաթեթների 4 և 10 լարերից, առանց PCC նյութի օգտագործման, ի վերջո առաջացրեց 20 մարտկոցի ջերմային արտահոսք մարտկոցի փաթեթում, մինչդեռ մեկի ջերմային արտահոսքը: PCC նյութից պատրաստված մարտկոցի փաթեթում մարտկոցը չի առաջացրել այլ մարտկոցների ջերմային փախուստը: