Sul posto Analisi dei gas e caratterizzazione antincendio delle celle agli ioni di litio durante il runaway termico utilizzando una camera ambientale

Byoungchul Kwon; Wohan Cui; Ankit Sharma; Ya-Ting Liao; Fumiaki Takahashi; Daniel Juarez-Robles; Mohammad Parhizi; Judith Jeevarajan

doi:10.3791/65051

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Articolo metodologico

Sul posto Analisi dei gas e caratterizzazione antincendio delle celle agli ioni di litio durante il runaway termico utilizzando una camera ambientale

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DOI:

10.3791/65051

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31 marzo 2023

Byoungchul Kwon¹ , Wohan Cui¹ , Ankit Sharma¹ , Ya-Ting Liao¹ , Fumiaki Takahashi¹ , Daniel Juarez-Robles² , Mohammad Parhizi² , Judith Jeevarajan²

¹Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Case Western Reserve University, ²UL Research Institutes

In questo articolo

Sommario

Qui, descriviamo una procedura di prova sviluppata per caratterizzare il runaway termico e gli incendi nelle celle agli ioni di litio attraverso misurazioni in situ di vari parametri in una camera ambientale.

Abstract

Vengono sviluppate un'apparecchiatura sperimentale e una procedura operativa standard (SOP) per raccogliere dati risolti nel tempo sulle composizioni dei gas e sulle caratteristiche dell'incendio durante e post-esaurimento termico delle celle delle batterie agli ioni di litio (LIB). Una cella cilindrica 18650 è condizionata a uno stato di carica desiderato (SOC; 30%, 50%, 75% e 100%) prima di ogni esperimento. La cella condizionata viene forzata in un runaway termico da un nastro riscaldante elettrico ad una velocità di riscaldamento costante (10 °C/min) in una camera ambientale (volume: ~600 L). La camera è collegata a un analizzatore in fase gas a infrarossi in trasformata di Fourier (FTIR) per misurazioni della concentrazione in tempo reale. Due camcorder vengono utilizzati per registrare eventi importanti, come lo sfiato delle celle, il runaway termico e il successivo processo di masterizzazione. Vengono registrate anche le condizioni della cella, come la temperatura superficiale, la perdita di massa e la tensione. Con i dati ottenuti, le pseudo-proprietà delle celle, le composizioni di gas di sfiato e la velocità di massa di sfiato possono essere dedotte come funzioni della temperatura cellulare e del SOC della cella. Mentre la procedura di prova è sviluppata per una singola cella cilindrica, può essere facilmente estesa per testare diversi formati di cellule e studiare la propagazione del fuoco tra più cellule. I dati sperimentali raccolti possono anche essere utilizzati per lo sviluppo di modelli numerici per incendi LIB.

Introduzione

Negli ultimi decenni, le batterie agli ioni di litio (LIB) hanno guadagnato popolarità e beneficiato di enormi progressi tecnologici. A causa di vari vantaggi (ad esempio, alta densità di energia, bassa manutenzione, bassi tempi di autoscarica e ricarica e lunga durata), il LIB è stato considerato una promettente tecnologia di stoccaggio dell'energia e ampiamente utilizzato in varie applicazioni, come grandi sistemi di accumulo di energia (ESS), veicoli elettrici (EV) e dispositivi elettronici portatili. Mentre la domanda globale di celle LIB dovrebbe raddoppiare da 725 GWh nel 2020 a 1.500 GWh nel 2030¹, negli ultimi anni c'è stato un aumento ....