يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
يتم تحقيق طريقة لتوصيف مخاطر الفشل المحتملة لبطاريات الليثيوم من خلال تسريع معدل السعرات الحرارية. يتم جمع إطلاق الحرارة والضغط ، والمراقبة البصرية لحدث الفشل ، والتقاط الغازات المتطورة في هذه التجربة لتحديد أسوأ التهديدات الموثوقة للبطاريات التي يتم إعطاؤها.
المخاطر المرتبطة بكيمياء البطاريات القائمة على الليثيوم موثقة جيدا بسبب طبيعتها الكارثية. عادة ما يتم تقييم المخاطر نوعيا من خلال مصفوفة المخاطر الهندسية. ضمن المصفوفة ، يتم تصنيف الأحداث التي يحتمل أن تكون خطرة وترتيبها من حيث الخطورة والاحتمالات لتوفير الوعي الظرفي لصانعي القرار وأصحاب المصلحة. تجعل الطبيعة العشوائية لفشل البطارية ، وخاصة كيمياء الليثيوم أيون ، من الصعب تقييم محور احتمالية المصفوفة بشكل صحيح. لحسن الحظ ، توجد أدوات التوصيف ، مثل قياس السعرات الحرارية ذات المعدل المتسارع (ARC) ، والتي تميز درجات شدة فشل البطارية. تم استخدام ARC على نطاق واسع لتوصيف المواد الكيميائية التفاعلية ولكن يمكن أن يوفر تطبيقا جديدا للحث على أعطال البطارية في ظل ظروف تجريبية آمنة وخاضعة للرقابة وتحديد معايير السلامة الحرجة. نظرا للطبيعة القوية لمقياس المسعر الممتد ، قد يتم أخذ الخلايا بأمان إلى الفشل بسبب مجموعة متنوعة من الانتهاكات: الحرارية (التسخين البسيط للخلية) ، الكهروكيميائية (الشحن الزائد) ، الكهربائية (ماس كهربائى خارجي) ، أو فيزيائية (سحق أو اختراق الأظافر). توضح هذه المقالة إجراءات إعداد وتجهيز خلية بطارية ليثيوم أيون تجارية للفشل في ARC لجمع بيانات السلامة القيمة: بداية الهروب الحراري ، وماص الحرارة المرتبط بذوبان فاصل البوليمر ، وإطلاق الضغط أثناء الهروب الحراري ، والتجميع الغازي للتوصيف التحليلي ، ودرجة الحرارة القصوى للتفاعل الكامل ، والمراقبة البصرية لعمليات التحلل باستخدام بوريسكوب درجة حرارة عالية (يمكن أن يخرق التنفيس والخلية). يتم استخدام طريقة "البحث عن الحرارة والانتظار" الحرارية للحث على فشل الخلية ، حيث يتم تسخين البطارية بشكل تدريجي إلى نقطة محددة ، ثم تحدد الأداة توليد الحرارة من البطارية. نظرا لأن الحرارة تولد ارتفاعا في درجة الحرارة في البطارية ، فإن درجة حرارة المسعر تتبع ارتفاع درجة الحرارة هذا ، مما يحافظ على حالة ثابتة الحرارة. لذلك ، لا تتبادل الخلية الحرارة مع البيئة الخارجية ، لذلك يتم التقاط كل توليد الحرارة من البطارية تحت الفشل.
سمحت البطاريات القابلة لإعادة الشحن ، وتحديدا كيمياء الليثيوم أيون ، بعمل مجتمع كهربائي بالكامل يشمل جميع جوانب الحياة اليومية مثل النقل والاتصالات والترفيه. بالنسبة لتطبيقات تخزين الطاقة هذه، تعادل سعة الشحن النطاق أو وقت التشغيل. يؤدي تعظيم هذه المعلمات إلى خلايا ليثيوم أيون عالية الطاقة. لسوء الحظ ، مع زيادة الطاقة الكهربائية داخل خلايا الليثيوم أيون ، يزداد إطلاق الطاقة الضارة عند حدوث عطل1. طور عدد من الوكالات التنظيمية والجمعيات المهنية والمختبرات المستقلة معايير لتوصيف سلامة البطاريات القابلة لإعادة الشحن بشكل أفضل. إحدى الطرق المستخدمة لتحديد الكثافة الحرارية لحدث سلامة البطارية هي قياس السعرات الحرارية....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. معايرة المسعر
ملاحظة: من المهم معايرة المسعر لاستيعاب أي تغييرات في ظروف نقل الحرارة من / إلى نفس الخلية (على سبيل المثال ، توصيل الكابلات الكهربائية ذات القطر الكبير بالخلية) أو استبدال المزدوجة الحرارية للقياس الرئيسي. يجب إعادة معايرة الأداة بعد فترة 2-3 أشهر ، حيث يمكن أن تتغير استجابات المزدوجات الحرارية مع الاستخدام المطول.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يتم توفير بيانات تمثيلية من تجربة HWS لخلية بطارية ليثيوم أيون تجارية مشحونة بالكامل 18650 في الشكل 4أ ، ب. يوضح الشكل درجة حرارة الخلية كدالة للوقت أثناء إعداد اختبار ARC "المغلق". يتم تمييز الميزات الحرارية الأساسية (بداية T و Tmax و ΔT) في الشكل. موقعبداية T هو بداية الخطوة الطاردة للحرارة ، والتي تستمر حتى يتم الوصول إلى Tmax . يمكن أيضا جمع جهد الخلية جنبا إلى جنب مع الحد الأقصى للضغط والتغير في الضغط (Pmax و ΔP ، ع.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يعد إجراء اختبار HWS الذي تم إنجازه باستخدام أداة ARC أمرا بالغ الأهمية لتحديد أسوأ تهديد موثوق به للسلامة تشكله بطارية ليثيوم أيون. توفر قياسات درجة حرارة بداية الحرارة الذاتية ودرجة الحرارة القصوى أثناء الهروب الحراري البيانات الموضوعية اللازمة لتقييم سلامة خلايا الليثيوم أيون بدقة. من خلال استخدام التجارب المستندة إلى ARC ، يمكن قياس مقاييس سلامة البطارية بطريقة خاضعة للرقابة وقابلة للتكرار.
أحد قيود أداة ARC هو أن حجم المسعر يجب أن يتوسع مع المادة أو خلية .......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.
يشكر المؤلفون السيد داني مونتغمري من Thermal Hazard Technology على تعليقاته واقتراحاته الثاقبة العديدة. يشكر المؤلفون مكتب البحوث البحرية وإدارة سلامة خطوط الأنابيب والمواد الخطرة على تمويل ودعم وشراء المسعر المتسارع.
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| borescope | Optronics | صلب ، مخطط طاقة درجة حرارة عالية | |
| مختبر الطاقة Potentiostat | Princeton Applied Research / Ametek | potentiostat قادرة على جمع جهد الدائرة المفتوحة ، ودورة البطارية الجلفانوسية / القوية والتحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية | |
| معدل تسريع الحجم الممتد تقنيات المخاطر | الحرارية | نظام متوسط الحجم ، نطاق العينة: مكونات للبطاريات. حجم العمل: 0.57 م 3 | |
| شريط درجة حرارة عالية | بطارية | ||
| مختلف | أكسيد معدني مختلط قابل لإعادة الشحن مقابل خلية ليثيوم أيون من الجرافيت في 18650 | ||
| سخان حصيرة | عامل شكل أوميغا | وحجمه يعتمد على خلية البطارية لقياسات السعة الحرارية | |
| قنبلة كروية | تقنيات | المخاطر الحراريةقنبلة صغيرة الحجم لمعايرة ARC |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم نشر هذه المقالة
الفيديو قريباً