लिथियम आयन बॅटरीची थर्मल पळवाट कशी नियंत्रित करावी

1. इलेक्ट्रोलाइटचे ज्वाला retardant

इलेक्ट्रोलाइट फ्लेम रिटार्डंट्स हे बॅटरीच्या थर्मल पळून जाण्याचा धोका कमी करण्याचा एक अतिशय प्रभावी मार्ग आहे, परंतु या ज्वालारोधकांचा अनेकदा लिथियम आयन बॅटरीच्या इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमतेवर गंभीर परिणाम होतो, त्यामुळे सराव मध्ये वापरणे कठीण आहे. या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, कॅलिफोर्निया विद्यापीठ, सॅन दिएगो, युकियाओ टीम [१] कॅप्सूल पॅकेजिंगच्या पद्धतीसह मायक्रो कॅप्सूलच्या आतील भागात साठवलेल्या ज्वालारोधी DbA (डायबेन्झिल अमाईन) इलेक्ट्रोलाइटमध्ये विखुरल्या जाईल. सामान्य वेळेचा लिथियम आयन बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम होणार नाही, परंतु जेव्हा बाह्य शक्तीने पेशी नष्ट होतात जसे की एक्सट्रूझन, तेव्हा या कॅप्सूलमधील ज्वालारोधक सोडले जातात, ज्यामुळे बॅटरी विषबाधा होते आणि ती निकामी होते, ज्यामुळे ती सतर्क होते. थर्मल पळून जाणे. 2018 मध्ये, YuQiao च्या टीमने [2] वरील तंत्रज्ञानाचा पुन्हा वापर केला, इथिलीन ग्लायकोल आणि इथिलीनडायमिनचा ज्वालारोधक म्हणून वापर केला, ज्यांना लिथियम आयन बॅटरीमध्ये एन्कॅप्स्युलेट केले आणि घातले गेले, परिणामी लिथियम आयन बॅटरीच्या कमाल तापमानात 70% घट झाली. पिन पिन चाचणी, लिथियम आयन बॅटरीच्या थर्मल कंट्रोलचा धोका लक्षणीयरीत्या कमी करते.

वर नमूद केलेल्या पद्धती स्वयं-नाशकारक आहेत, याचा अर्थ असा की एकदा ज्वालारोधक वापरला की संपूर्ण लिथियम-आयन बॅटरी नष्ट होईल. तथापि, जपानमधील टोकियो विद्यापीठातील AtsuoYamada च्या संघाने [३] एक ज्वालारोधक इलेक्ट्रोलाइट विकसित केला जो लिथियम-आयन बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करणार नाही. या इलेक्ट्रोलाइटमध्ये, NaN(SO2F)2(NaFSA) orLiN(SO2F)2(LiFSA) ची उच्च सांद्रता लिथियम मीठ म्हणून वापरली गेली आणि इलेक्ट्रोलाइटमध्ये सामान्य ज्वालारोधक ट्रायमिथाइल फॉस्फेट TMP जोडले गेले, ज्यामुळे थर्मल स्थिरता लक्षणीयरीत्या सुधारली. लिथियम आयन बॅटरीचे. इतकेच काय, ज्वालारोधक जोडल्याने लिथियम आयन बॅटरीच्या सायकल कार्यक्षमतेवर परिणाम झाला नाही. इलेक्ट्रोलाइटचा वापर 1000 पेक्षा जास्त चक्रांसाठी केला जाऊ शकतो (1200 C/5 सायकल, 95% क्षमता धारणा).

लिथियम आयन बॅटरियांच्या ऍडिटीव्हद्वारे ज्वालारोधक वैशिष्ट्ये लिथियम आयन बॅटरियांना नियंत्रणाबाहेर उष्णतेचा इशारा देण्याचा एक मार्ग आहे. काही लोक लिथियम आयन बॅटरीमध्ये शॉर्ट सर्किट होण्याच्या घटनांबद्दल चेतावणी देण्याचा एक नवीन मार्ग देखील शोधतात जेणेकरुन मुळापासून बाहेरील शक्तींमुळे तळाशी काढून टाकण्याचा हेतू साध्य करता येईल आणि उष्णतेच्या नियंत्रणाबाहेरची घटना पूर्णपणे काढून टाकता येईल. वापरात असलेल्या पॉवर लिथियम आयन बॅटरीचा संभाव्य हिंसक प्रभाव लक्षात घेता, युनायटेड स्टेट्समधील ओक रिज नॅशनल लॅबोरेटरीमधील गॅब्रिएलएम व्हेथ यांनी कातरणे जाड होण्याच्या गुणधर्मांसह इलेक्ट्रोलाइट डिझाइन केले आहे [४]. हे इलेक्ट्रोलाइट नॉन-न्यूटोनियन द्रव्यांच्या गुणधर्मांचा वापर करते. सामान्य स्थितीत, इलेक्ट्रोलाइट द्रव असतो. तथापि, जेव्हा अचानक आघाताला सामोरे जावे लागते तेव्हा ते एक घन स्थिती दर्शवेल, अत्यंत मजबूत होईल आणि बुलेटप्रूफचा प्रभाव देखील साध्य करू शकेल. मुळापासून, ते पॉवर लिथियम आयन बॅटरीला टक्कर देत असताना बॅटरीमधील शॉर्ट सर्किटमुळे थर्मल पळून जाण्याच्या जोखमीचा इशारा देते.

2. बॅटरीची रचना

पुढे, बॅटरी सेलच्या पातळीपासून थर्मल रनअवेवर ब्रेक कसे लावायचे ते पाहू. सध्या, लिथियम आयन बॅटरीच्या स्ट्रक्चरल डिझाइनमध्ये थर्मल रनअवेची समस्या विचारात घेतली गेली आहे. उदाहरणार्थ, 18650 बॅटरीच्या वरच्या कव्हरमध्ये प्रेशर रिलीफ व्हॉल्व्ह असतो, जो थर्मल रनअवे असताना बॅटरीच्या आत जास्त दाब वेळेवर सोडू शकतो. दुसरे म्हणजे, बॅटरी कव्हरमध्ये सकारात्मक तापमान गुणांक सामग्री PTC असेल. जेव्हा थर्मल रनअवे तापमान वाढते, तेव्हा विद्युत् प्रवाह कमी करण्यासाठी आणि उष्णता निर्मिती कमी करण्यासाठी पीटीसी सामग्रीचा प्रतिकार लक्षणीय वाढेल. याव्यतिरिक्त, एकल बॅटरीच्या संरचनेच्या डिझाइनमध्ये सकारात्मक आणि नकारात्मक ध्रुवांमधील अँटी-शॉर्ट-सर्किट डिझाइनचा देखील विचार केला पाहिजे, चुकीच्या ऑपरेशनमुळे सतर्कता, धातूचे अवशेष आणि इतर घटक ज्यामुळे बॅटरी शॉर्ट सर्किट होते, ज्यामुळे सुरक्षा अपघात होतात.

जेव्हा बॅटरीमध्ये दुसरी रचना केली जाते तेव्हा, अधिक सुरक्षित डायाफ्राम वापरणे आवश्यक आहे, जसे की उच्च तापमानात तीन-स्तर संमिश्र स्वयंचलित बंद छिद्र डायाफ्राम, परंतु अलिकडच्या वर्षांत, बॅटरी उर्जेची घनता सुधारल्यामुळे, पातळ डायाफ्रामच्या ट्रेंड अंतर्गत थ्री-लेयर कंपोझिट डायफ्राम हळूहळू अप्रचलित झाला आहे, डायाफ्रामच्या सिरेमिक लेपने बदलला आहे, सिरेमिक कोटिंग डायाफ्रामला आधार देण्याच्या उद्देशाने, उच्च तापमानात डायाफ्रामचे आकुंचन कमी करणे, लिथियम आयन बॅटरीची थर्मल स्थिरता सुधारणे आणि धोका कमी करणे. लिथियम आयन बॅटरीची थर्मल पळवाट.

3. बॅटरी पॅक थर्मल सुरक्षा डिझाइन

वापरात, लिथियम आयन बॅटऱ्या अनेकदा मालिका आणि समांतर कनेक्शनद्वारे डझनभर, शेकडो किंवा हजारो बॅटरीपासून बनलेल्या असतात. उदाहरणार्थ, Tesla ModelS च्या बॅटरी पॅकमध्ये 7,000 18650 पेक्षा जास्त बॅटरी असतात. जर एखाद्या बॅटरीने थर्मल कंट्रोल गमावला, तर ती बॅटरी पॅकमध्ये पसरू शकते आणि गंभीर परिणाम होऊ शकते. उदाहरणार्थ, जानेवारी 2013 मध्ये, एका जपानी कंपनीच्या बोइंग 787 लिथियम आयन बॅटरीला अमेरिकेतील बोस्टनमध्ये आग लागली. नॅशनल ट्रान्सपोर्टेशन सेफ्टी बोर्डाच्या तपासणीनुसार, बॅटरी पॅकमधील 75Ah स्क्वेअर लिथियम आयन बॅटरीमुळे लगतच्या बॅटरीची थर्मल पळापळ झाली. घटनेनंतर, बोईंगला अनियंत्रित थर्मल प्रसार रोखण्यासाठी सर्व बॅटरी पॅक नवीन उपायांनी सुसज्ज करणे आवश्यक होते.

थर्मल रनअवे लिथियम आयन बॅटरीच्या आत पसरण्यापासून रोखण्यासाठी, ऑलसेलटेक्नॉलॉजीने फेज बदल सामग्रीवर आधारित लिथियम आयन बॅटरीसाठी थर्मल रनअवे आयसोलेशन सामग्री पीसीसी विकसित केली आहे [५]. मोनोमर लिथियम आयन बॅटरीमध्ये भरलेले पीसीसी साहित्य, लिथियम आयन बॅटरी पॅकच्या सामान्य कामाच्या बाबतीत, उष्णतेमध्ये बॅटरी पॅक पीसीसी सामग्रीमधून बॅटरी पॅकच्या बाहेर त्वरीत जाऊ शकते, जेव्हा लिथियम आयनमध्ये थर्मल रनअवे होते. बॅटरीज, पीसीसी मटेरियल त्याच्या अंतर्गत पॅराफिन मेण वितळल्याने भरपूर उष्णता शोषून घेते, बॅटरीचे तापमान आणखी वाढण्यास प्रतिबंध करते, अशा प्रकारे बॅटरी पॅकच्या अंतर्गत प्रसारामध्ये उष्णता नियंत्रणाबाहेर जाण्याचा इशारा. पिनप्रिक चाचणीमध्ये, पीसीसी मटेरियलचा वापर न करता 18650 बॅटरी पॅकच्या 4 आणि 10 स्ट्रिंग असलेल्या बॅटरी पॅकमधील एका बॅटरीच्या थर्मल रनअवेमुळे अखेरीस बॅटरी पॅकमधील 20 बॅटरीची थर्मल रनअवे झाली, तर एक बॅटरी पॅकमध्ये थर्मल पळून गेली. पीसीसी मटेरियलने बनवलेल्या बॅटरी पॅकमधील बॅटरीमुळे इतर बॅटरी पॅकची थर्मल पळापळ झाली नाही.