Здесь мы описываем процедуру испытаний, разработанную для характеристики теплового разгона и возгорания в литий-ионных элементах посредством измерений in situ различных параметров в камере окружающей среды.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
На месте Газовый анализ и характеристика пожара литий-ионных элементов при тепловом разгоне с использованием экологической камеры
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Экспериментальный аппарат и стандартная операционная процедура (СОП) разработаны для сбора данных с временным разрешением о составе газа и характеристиках пожара во время и после теплового разгона элементов литий-ионных батарей (LIB). Цилиндрическая ячейка 18650 кондиционируется до желаемого состояния заряда (SOC; 30%, 50%, 75% и 100%) перед каждым экспериментом. Кондиционированная ячейка принудительно нагревается электрической нагревательной лентой с постоянной скоростью нагрева (10 °C / мин) в камере для окружающей среды (объем: ~ 600 л). Камера подключена к инфракрасному газоанализатору с преобразованием Фурье (FTIR) для измерения концентрации в режиме реального времени. Две видеокамеры используются для записи основных событий, таких как вентиляция ячеек, тепловой разгон и последующий процесс записи. Также регистрируются условия ячейки, такие как температура поверхности, потеря массы и напряжение. С помощью полученных данных псевдосвойства ячейки, состав вентиляционного газа и скорость выброса массы могут быть выведены как функции температуры ячейки и SOC ячейки. Хотя процедура испытаний разработана для одной цилиндрической ячейки, она может быть легко расширена для тестирования различных форматов ячеек и изучения распространения огня между несколькими ячейками. Собранные экспериментальные данные также могут быть использованы для разработки численных моделей пожаров LIB.
Введение
За последние несколько десятилетий литий-ионные аккумуляторы (LIB) приобрели популярность и извлекли выгоду из огромных технологических достижений. Благодаря различным преимуществам (например, высокой плотности энергии, низким эксплуатационным расходам, низкому времени саморазряда и зарядки, а также длительному сроку службы) LIB считается перспективной технологией хранения энергии и широко используется в различных приложениях, таких как большие системы хранения энергии (ESS), электромобили (EV) и портативные электронные устройства. В то время как ожидается, что мировой спрос на ячейки LIB удвоится с 725 ГВтч в 2020 году до 1,500 ГВтч в 2030 году1
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
1. Ввод в эксплуатацию ИК-Фурье газоанализатора
ПРИМЕЧАНИЕ: Процедуры могут отличаться для разных марок и моделей газоанализатора FTIR. Следующая процедура предназначена для конкретного газоанализатора, используемого в этой работе.
- Установите новый фильтр или чистый фильтр (т. е. тот, который был очищен в ультразвуковой ванне) в блок фильтра/клапана (см. Рисунок 1 и Рисунок 2).
- Откройте клапан баллона с азотом, подключенного к газоанализатору (см. рис. 2). Отрегулируйте расход азота до 150-250 куб. см/мин.
ПРИМЕЧ....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Видеоролики, представляющие типичные процессы теплового разгона с пожарами и без них, включены в Дополнительный файл 1 и Дополнительный файл 2 соответственно. Ключевые события изображены на рисунке 5. При повышении температуры ячейки (до ~110-130 °C) ячейка начинает набухать, что указывает на накопление внутреннего давления (вызванное испарением электролитов и тепловым расширением газов внутри ячейки2). Затем следует открытие вентиляц.......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Наиболее важными шагами в протоколе являются те, которые касаются токсичных газов, выделяемых при тепловом разгоне LIB. Испытание на герметичность на шаге 3.11 должно быть тщательно выполнено, чтобы убедиться, что токсичные газы удерживаются в камере во время экспериментов. Процедуры очистки газов в камере (этапы 7.1-7.14) также должны быть выполнены надлежащим образом, чтобы снизить опасность токсичных газов. Токсичные газы могут составлять лишь небольшую часть вентиляционного газа во время теплового разгона LIB. Однако.......
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
У авторов нет конфликтов интересов, которые необходимо раскрывать.
Благодарности
Это исследование поддерживается научно-исследовательскими институтами UL. Все аккумуляторные элементы в этой работе были кондиционированы и подготовлены в лаборатории профессора Криса Юаня в Университете Кейс Вестерн Резерв (CWRU). Испытательная камера предоставлена CWRU из Исследовательского центра Гленна НАСА. Мы получили огромную поддержку по газоанализатору FTIR от бывшего аспиранта, доктора Юми Мацуямы из CWRU, и техническую поддержку по датчику H2 от Джеффа Такера, Брэндона Уикса и Брайана Энгла из Amphenol Advanced Sensors. Мы искренне ценим поддержку со стороны Пушкаля Каннана и Бою Вана из CWRU. Мы также хотели бы отметить технические обсуждения с ....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Баланс | А и D | EJ-6100 | |
| Угольный фильтр | Whatman | WHA67041500 | |
| Преобразователь тока | NK Technologies | AT1-010-000-FT | |
| Фронтальная камера | Sony | FDR-AX53 | |
| FTIR газоанализатор | Технология испытаний на огнестойкость | Protea atmosFIR AFS-A-15 | |
| Нагревательная лента (1,00" x 2,00") | Birk Manufacturing, Inc. | BK3512-19.6-L24-03 | |
| Термостойкая лента | Каптон | ||
| Водородный датчик | Амфенол | AX220135 | |
| K-типа, термопара | Омега | KMQSS-020U-12 | |
| LabVIEW | National Instruments | ||
| Matlab | MathWorks | ||
| NI-9213 | National | KI-9213 | |
| NI-9219 | National Instruments | NI-9219 | |
| NI-cDAQ-9174 | National Instruments | NI-cDAQ-9174 | |
| NI-USB-6009 | National Instruments | NI-USB-6009 | |
| ПИД-регулятор | Omega | CN8200 | |
| PILOT5000 Химически стойкий мембранный вакуумный насос | Лабораторное депо | ||
| Предохранительный клапан | давления Straval | RVL20-10T-N4675 | |
| Преобразователь давления | Keller | 0308.01601.081303.02 | |
| Полоса из чистого никеля (0,1x5x100 мм 99,6% никеля) | Респиратор твердых продуктов | ||
| McMaster | 55865T52 | ||
| Картридж респиратора | Honeywell | 75Scp100L | |
| Пластинчато-роторный вакуумный насос (0,5 л.с.) | Alcatel | Pascal 2010 | |
| Боковая камера | Sony | HDR-CX110 | |
| Точечная сварка | SUNKKO | 737G+ | |
| TeamViewer | TeamViewer | ||
| Преобразователь напряжения | CR Magnetics Inc. | КР4510-50 |
Ссылки
- Duffner, F., et al. Post-lithium-ion battery cell production and its compatibility with lithium-ion cell production infrastructure. Nature Energy. 6 (2), 123-134 (2021).
- Wang, Q., Mao, B., Stoliarov, S. I., Sun, J.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
