लिथियम आयन बैटरियों के तापीय बहाव को कैसे नियंत्रित करें

1. इलेक्ट्रोलाइट का ज्वाला मंदक

इलेक्ट्रोलाइट ज्वाला मंदक बैटरियों के थर्मल अपव्यय के जोखिम को कम करने का एक बहुत ही प्रभावी तरीका है, लेकिन ये ज्वाला मंदक अक्सर लिथियम आयन बैटरियों के विद्युत रासायनिक प्रदर्शन पर गंभीर प्रभाव डालते हैं, इसलिए व्यवहार में इसका उपयोग करना मुश्किल है। इस समस्या को हल करने के लिए, कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, सैन डिएगो, युकियाओ टीम [1] कैप्सूल पैकेजिंग की विधि के साथ माइक्रो कैप्सूल के अंदरूनी हिस्से में संग्रहीत इलेक्ट्रोलाइट में बिखरे हुए लौ रिटार्डेंट डीबीए (डिबेंज़िल एमाइन) को तैयार करेगी। सामान्य समय में लिथियम आयन बैटरियों के प्रदर्शन पर कोई प्रभाव नहीं पड़ेगा, लेकिन जब कोशिकाएं बाहरी बल जैसे एक्सट्रूज़न द्वारा नष्ट हो जाती हैं, तो इन कैप्सूलों में ज्वाला मंदक निकलते हैं, जिससे बैटरी जहरीली हो जाती है और इसका कारण बनती है। विफल होना, जिससे यह थर्मल भगोड़े के प्रति सचेत हो जाता है। 2018 में, YuQiao की टीम [2] ने उपरोक्त तकनीक का फिर से उपयोग किया, इथाइलीन ग्लाइकॉल और एथिलीनडायमाइन को ज्वाला मंदक के रूप में उपयोग किया, जिन्हें एनकैप्सुलेट किया गया और लिथियम आयन बैटरी में डाला गया, जिसके परिणामस्वरूप लिथियम आयन बैटरी के अधिकतम तापमान में 70% की गिरावट आई। पिन पिन परीक्षण, लिथियम आयन बैटरी के थर्मल नियंत्रण के जोखिम को काफी कम कर देता है।

ऊपर उल्लिखित विधियां स्व-विनाशकारी हैं, जिसका अर्थ है कि एक बार ज्वाला मंदक का उपयोग करने पर, पूरी लिथियम-आयन बैटरी नष्ट हो जाएगी। हालाँकि, जापान में टोक्यो विश्वविद्यालय में AtsuoYamada की टीम ने [3] एक ज्वाला मंदक इलेक्ट्रोलाइट विकसित किया है जो लिथियम-आयन बैटरी के प्रदर्शन को प्रभावित नहीं करेगा। इस इलेक्ट्रोलाइट में, NaN(SO2F)2(NaFSA)orLiN(SO2F)2(LiFSA) की उच्च सांद्रता का उपयोग लिथियम नमक के रूप में किया गया था, और इलेक्ट्रोलाइट में एक सामान्य लौ रिटार्डेंट ट्राइमिथाइल फॉस्फेट टीएमपी जोड़ा गया था, जिससे थर्मल स्थिरता में काफी सुधार हुआ था। लिथियम आयन बैटरी का. इसके अलावा, ज्वाला मंदक के जुड़ने से लिथियम आयन बैटरी के चक्र प्रदर्शन पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा। इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग 1000 से अधिक चक्रों (1200 C/5 चक्र, 95% क्षमता प्रतिधारण) के लिए किया जा सकता है।

एडिटिव्स के माध्यम से लिथियम आयन बैटरियों की ज्वाला मंदक विशेषताएं लिथियम आयन बैटरियों को नियंत्रण से बाहर गर्मी के प्रति सचेत करने के तरीकों में से एक है। कुछ लोग जड़ से बाहरी ताकतों के कारण लिथियम आयन बैटरी में शॉर्ट सर्किट की घटना को सचेत करने का एक नया तरीका भी ढूंढते हैं, ताकि नीचे को हटाने के उद्देश्य को प्राप्त किया जा सके और नियंत्रण से बाहर गर्मी की घटना को पूरी तरह खत्म किया जा सके। उपयोग में आने वाली पावर लिथियम आयन बैटरियों के संभावित हिंसक प्रभाव को देखते हुए, संयुक्त राज्य अमेरिका में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के गेब्रियलएम.वीथ ने कतरनी को गाढ़ा करने वाले गुणों वाला एक इलेक्ट्रोलाइट डिजाइन किया है [4]। यह इलेक्ट्रोलाइट गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थों के गुणों का उपयोग करता है। सामान्य अवस्था में इलेक्ट्रोलाइट तरल होता है। हालाँकि, जब अचानक प्रभाव का सामना किया जाता है, तो यह एक ठोस स्थिति पेश करेगा, बेहद मजबूत हो जाएगा, और यहां तक ​​कि बुलेटप्रूफ के प्रभाव को भी प्राप्त कर सकता है। जड़ से, यह पावर लिथियम आयन बैटरी के टकराने पर बैटरी में शॉर्ट सर्किट के कारण होने वाले थर्मल रनवे के जोखिम को सचेत करता है।

2. बैटरी संरचना

आगे, आइए देखें कि बैटरी कोशिकाओं के स्तर से थर्मल रनवे पर ब्रेक कैसे लगाया जाए। वर्तमान में, लिथियम आयन बैटरी के संरचनात्मक डिजाइन में थर्मल रनवे की समस्या पर विचार किया गया है। उदाहरण के लिए, 18650 बैटरी के शीर्ष कवर में आमतौर पर एक दबाव राहत वाल्व होता है, जो थर्मल रनवे के दौरान बैटरी के अंदर अत्यधिक दबाव को समय पर जारी कर सकता है। दूसरे, बैटरी कवर में सकारात्मक तापमान गुणांक सामग्री पीटीसी होगी। जब थर्मल रनवे तापमान बढ़ता है, तो वर्तमान को कम करने और गर्मी उत्पादन को कम करने के लिए पीटीसी सामग्री का प्रतिरोध काफी बढ़ जाएगा। इसके अलावा, एकल बैटरी की संरचना के डिजाइन में सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुवों के बीच एंटी-शॉर्ट-सर्किट डिजाइन पर भी विचार करना चाहिए, गलत संचालन, धातु के अवशेषों और बैटरी शॉर्ट सर्किट के परिणामस्वरूप अन्य कारकों के कारण सतर्क, जिससे सुरक्षा दुर्घटनाएं होती हैं।

जब बैटरी में दूसरा डिज़ाइन, अधिक सुरक्षित डायाफ्राम का उपयोग करना चाहिए, जैसे उच्च तापमान पर डायाफ्राम के तीन-परत मिश्रित स्वचालित बंद छिद्र, लेकिन हाल के वर्षों में, बैटरी ऊर्जा घनत्व में सुधार के साथ, पतले डायाफ्राम की प्रवृत्ति के तहत तीन-परत मिश्रित डायाफ्राम धीरे-धीरे अप्रचलित हो गया है, डायाफ्राम के सिरेमिक कोटिंग द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है, डायाफ्राम समर्थन उद्देश्यों के लिए सिरेमिक कोटिंग, उच्च तापमान पर डायाफ्राम के संकुचन को कम करता है, थर्मल स्थिरता में सुधार करता है लिथियम आयन बैटरी और लिथियम आयन बैटरी के थर्मल रनवे के जोखिम को कम करें।

3. बैटरी पैक थर्मल सुरक्षा डिजाइन

उपयोग में, लिथियम आयन बैटरियां अक्सर श्रृंखला और समानांतर कनेक्शन के माध्यम से दर्जनों, सैकड़ों या हजारों बैटरियों से बनी होती हैं। उदाहरण के लिए, टेस्ला मॉडलएस के बैटरी पैक में 7,000 से अधिक 18650 बैटरियां हैं। यदि कोई बैटरी थर्मल नियंत्रण खो देती है, तो यह बैटरी पैक में फैल सकती है और गंभीर परिणाम दे सकती है। उदाहरण के लिए, जनवरी 2013 में, संयुक्त राज्य अमेरिका के बोस्टन में एक जापानी कंपनी की बोइंग 787 लिथियम आयन बैटरी में आग लग गई। राष्ट्रीय परिवहन सुरक्षा बोर्ड की जांच के अनुसार, बैटरी पैक में 75Ah वर्ग लिथियम आयन बैटरी के कारण आसन्न बैटरियां थर्मल रूप से नष्ट हो गईं। घटना के बाद, बोइंग को अनियंत्रित थर्मल प्रसार को रोकने के लिए सभी बैटरी पैक को नए उपायों से लैस करने की आवश्यकता थी।

लिथियम आयन बैटरियों के अंदर थर्मल रनअवे को फैलने से रोकने के लिए, ऑलसेलटेक्नोलॉजी ने चरण परिवर्तन सामग्री के आधार पर लिथियम आयन बैटरियों के लिए एक थर्मल रनअवे आइसोलेशन सामग्री पीसीसी विकसित की है [5]। मोनोमर लिथियम आयन बैटरी के बीच भरी गई पीसीसी सामग्री, लिथियम आयन बैटरी पैक के सामान्य काम के मामले में, गर्मी में बैटरी पैक को पीसीसी सामग्री के माध्यम से बैटरी पैक के बाहर जल्दी से पारित किया जा सकता है, जब लिथियम आयन में थर्मल भगोड़ा होता है बैटरी, पीसीसी सामग्री अपने आंतरिक पैराफिन मोम के पिघलने से बहुत अधिक गर्मी को अवशोषित करती है, बैटरी के तापमान को और अधिक बढ़ने से रोकती है, इस प्रकार बैटरी पैक के आंतरिक प्रसार में नियंत्रण से बाहर होने वाली गर्मी को सचेत करती है। पिनप्रिक परीक्षण में, पीसीसी सामग्री के उपयोग के बिना 18650 बैटरी पैक के 4 और 10 स्ट्रिंग वाले बैटरी पैक में एक बैटरी का थर्मल रनवे अंततः बैटरी पैक में 20 बैटरियों के थर्मल रनवे का कारण बना, जबकि एक का थर्मल रनवे पीसीसी सामग्री से बने बैटरी पैक में बैटरी अन्य बैटरी पैक के थर्मल अपव्यय का कारण नहीं बनती।