Name: Sul posto Analisi dei gas e caratterizzazione antincendio delle celle agli ioni di litio durante il runaway termico utilizzando una camera ambientale (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-31T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 42 s
Description: Scopri la caratterizzazione del runaway termico nelle batterie agli ioni di litio con misurazioni in situ in una camera ambientale. Questo metodo sincronizza sensori, FDIR e video per analizzare gas e comportamento antincendio.

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Questo studio è supportato dagli istituti di ricerca UL. Tutte le celle della batteria in questo lavoro sono state condizionate e preparate nel laboratorio del Prof. Chris Yuan presso la Case Western Reserve University (CWRU). La camera di prova è in prestito al CWRU dal Glenn Research Center della NASA. Abbiamo ricevuto un enorme supporto sull'analizzatore di gas FTIR da un ex studente di dottorato, il Dr. Yumi Matsuyama di CWRU, e supporto tecnico sul sensore H2 da Jeff Tucker, Brandon Wicks e Brian Engle di Amphenol Advanced Sensors. Apprezziamo sinceramente il supporto di Pushkal Kannan e Boyu Wang di CWRU. Ringraziamo anche le discussioni tecniche con Alexandra Schraiber di UL Solutions.

1. Avvio dell'analizzatore di gas FTIR
NOTA: Le procedure possono essere diverse per le diverse marche e modelli dell'analizzatore di gas FTIR. La seguente procedura è per l'analizzatore di gas specifico utilizzato in questo lavoro.
<ol><li>Installare un nuovo filtro o un filtro pulito (cioè uno che è stato pulito in un bagno ad ultrasuoni) nell'unità filtro/valvola (vedere Figura 1 e Figura 2).</li>
	<li>Aprire la valvola della bombola di azoto collegata all'analizzatore di gas (vedere Figura 2). Regolare la portata dell'azoto a 150-250 cc/min. NOTA: Questo serve per preparare lo spurgo N2 durante la pulizia pre/post-test dell'analizzatore di gas.</li>
	<li>Seguire la procedura di avvio FTIR descritta nel manuale del produttore, "FTIR and PAS Pro for the FTT Smoke Density Chamber Standard Operating Procedure"24, Versione 3.1. NOTA: Mentre l'FTIR è in funzione, la linea del gas tra l'FTIR e la camera (vedere Figura 2) viene mantenuta a 180 °C per evitare la condensazione del gas. Fare attenzione a non toccare la linea riscaldata e l'unità filtro/valvola.</li>
</ol>2. Preparazione delle cellule
<ol><li>Registrare la data, l'ora, il SOC, i partecipanti al test, il numero del test, il produttore della cella, il formato della cella e il numero del modello di cella in un foglio di registro dell'esperimento.</li>
	<li>Misurare e registrare la tensione iniziale e la massa della cella (con una precisione di 0,01 g) sul foglio di registro dell'esperimento.</li>
	<li>Attaccare il nastro riscaldante (1 in x 2 in, 20 W / in2) al centro della cella e scattare una foto della cella con il nastro riscaldante. Assicurarsi che i fili del nastro riscaldante puntino verso il lato negativo della cella (vedere la Figura 3).</li>
	<li>Collegare tre termocoppie (tipo K con un diametro della sonda di 0,02 pollici, lunghezza di 12 pollici) alla superficie della cella utilizzando nastro resistente alle alte temperature, una vicino al terminale positivo, una al centro e una in basso vicino al terminale negativo della cella, tutte situate a 5 mm di distanza dal bordo del nastro riscaldante (vedere Figura 3A). Utilizzare la termocoppia vicino al terminale positivo per controllare la velocità di riscaldamento attraverso il PID. Dopo aver installato le termocoppie, scattare una foto della cella con un righello per confermare la distanza dal nastro riscaldante.</li>
	<li>Saldare a punti le linguette di nichel (0,1 mm di spessore, 5 mm di larghezza e 100 mm di lunghezza) ai terminali positivi e negativi della cella per la misurazione della tensione della cella. Assicurarsi che le linguette di nichel siano orientate in direzioni diverse per evitare che si tocchino, causando un cortocircuito esterno (Figura 3B).</li>
	<li>Caricare la cella sul supporto della cella, come mostrato nella Figura 3C.</li>
	<li>Verificare che tutti i fili della misurazione della tensione e le termocoppie siano indirizzati verso il terminale negativo della cella per evitare le porte di sfiato sul terminale positivo della cella.</li>
</ol>3. Configurazione della camera di prova
<ol><li>Accendere la luce a diodi emettitori di luce (LED) nella camera.</li>
	<li>Posizionare la cella e il supporto della cella sulla bilancia di massa nella camera (vedere Figura 4). Collegare i connettori della termocoppia, il nastro riscaldante e le linguette di nichel alle spine e ai fili passanti della camera.</li>
	<li>Attiva il bilancio di massa. Tara l'equilibrio.</li>
	<li>Accendere l'alimentatore per il sensore di idrogeno.</li>
	<li>Accendere il controller PID per il nastro riscaldante. Impostare il profilo di riscaldamento (temperatura: 200 °C; tempo di rampa: 17 min). Collegare i cavi per il controller PID, l'acquisizione dei dati e il bilanciamento di massa a un laptop e avviare il programma di acquisizione dati sul laptop.</li>
	<li>Assicurarsi che tutte le letture del sensore mostrate nel programma di acquisizione dati siano ragionevoli: tensione della cella vicina al valore misurato al punto 2.2, tensione e corrente in ingresso al nastro riscaldante vicino allo zero (poiché l'alimentazione non è ancora accesa), letture della termocoppia vicine alla temperatura ambiente (~ 25 ° C), pressione della camera ~ 1 atm e lettura della massa ~ 0 g. Dopo aver controllato le misurazioni, disattivare il programma di acquisizione dati.</li>
	<li>Regolare le impostazioni della videocamera frontale e laterale: bilanciamento del bianco manuale (calibrato inizialmente utilizzando un white paper), messa a fuoco manuale (fissata sulla superficie della cella vicino al terminale positivo), esposizione automatica, IRIS automatico e velocità dell'otturatore automatico. Assicurarsi che la batteria della videocamera sia piena.</li>
	<li>Posizionare il camcorder frontale su un treppiede all'esterno della camera (vedere la Figura 4). Avviare la registrazione sul camcorder con vista laterale e posizionarlo all'interno di una scatola di protezione nella camera. Controllare l'angolazione e la visualizzazione della videocamera laterale. Bloccare la scatola di protezione.</li>
	<li>Ricontrollare se ci sono oggetti pericolosi o non necessari all'interno della camera e se i passaggi sopra elencati sono stati saltati.</li>
	<li>Chiudere la camera e assicurarsi che tutte le viti sulle piastre di copertura siano saldamente fissate (ad esempio, utilizzando una chiave ad impulsiva).</li>
	<li>Utilizzare la pompa a vuoto o a membrana per eseguire un controllo delle perdite. Verificare che tutte le valvole, le piastre di copertura e le finestre di osservazione siano saldamente fissate. NOTA: Se la pressione diminuisce lentamente o non scende, ci sono perdite da qualche parte.</li>
	<li>Cambiare l'aspirazione FTIR dall'aria ambiente alla camera.</li>
	<li>Collegare la linea di ritorno FTIR alla camera (vedere Figura 2).</li>
</ol>4. Runaway termico ed esperimento antincendio
<ol><li>Impostare il controller PID sulla modalità ramp-soak.</li>
	<li>Spegnere la luce nella stanza e la luce LED nella camera.</li>
	<li>Avviare la registrazione della videocamera frontale. Utilizzare la fotocamera per registrare le azioni nei passaggi 4.4 e 4.5 per la sincronizzazione temporale di tutti i dati raccolti (dati del sensore, letture FTIR e video) dopo gli esperimenti.</li>
	<li>Avviare la registrazione dei dati nel programma di acquisizione dati sul laptop.</li>
	<li>Avviare la modalità ramp-soak PID a 10 s sul timer del programma di acquisizione dati. Accendere la luce LED della camera. Avviare la registrazione FTIR.</li>
	<li>Posizionare la videocamera frontale sul treppiede e continuare a registrare l'esperimento.</li>
	<li>Spostarsi in un'altra stanza e continuare a monitorare il pannello di acquisizione dati sul laptop tramite un programma desktop telecomandato. Si noti che questo passaggio viene eseguito per ulteriore precauzione e non è necessario. Poiché gli esperimenti sono completamente confinati nella camera ambientale, il rischio per il personale circostante è minimo.</li>
	<li>Se presenti nella stessa stanza della camera, indossare dispositivi di protezione individuale (DPI) appropriati durante l'intero periodo di prova (ad esempio, guanti, respiratore P100, occhiali di sicurezza e camice resistente al fuoco).</li>
</ol>5. Conclusione dell'esperimento
<ol><li>Quando si verifica il runaway termico (cioè le letture delle termocoppie mostrano picchi improvvisi) o dopo che il controller PID ha mantenuto la temperatura della cella a 200 °C per 60 minuti (a seconda di quale evento si verifica per primo), spegnere l'alimentazione del nastro riscaldante e impostare il controller PID in modalità standby.</li>
	<li>Attendere che tutte le letture della termocoppia scendano a temperatura ambiente (<50 °C). Si noti che il processo di raffreddamento per una singola cella può richiedere circa 30 minuti.</li>
	<li>Arrestare il programma di acquisizione dati sul laptop, la misurazione FTIR e la registrazione video.</li>
</ol>6. Spegnimento dell'analizzatore di gas FTIR
<ol><li>Seguire la procedura di spegnimento FTIR documentata nel manuale del produttore, "FTIR and PAS Pro for the FTT Smoke Density Chamber Standard Operating Procedure", Versione 3.1.</li>
	<li>Spurgare l'analizzatore di gas FTIR con azoto per pulire il tubo e l'analizzatore per ~ 15 minuti. Assicurarsi che la portata di N2 all'analizzatore di gas FTIR sia di 150-250 cc/min.</li>
	<li>Durante lo spurgo dell'analizzatore di gas, trasferire i risultati FTIR su una chiavetta USB.</li>
	<li>Dopo lo spurgo, spegnere l'analizzatore di gas.</li>
	<li>Indossare DPI appropriati, compreso un paio di guanti termoisolanti, e rimuovere il filtro nel filtro/unità valvola riscaldata. Prestare estrema attenzione, poiché l'unità filtro/valvola può essere molto calda.</li>
	<li>Pulire il filtro rimosso con un bagno ad ultrasuoni di una soluzione detergente.</li>
</ol>7. Pulizia della camera e raccolta dei dati
<ol><li>Prima della procedura di aspirazione della pulizia della camera, verificare se la linea di campionamento FTIR (aspirazione) (collegata alla camera) è chiusa o aperta all'aria ambiente. Per il modello di analizzatore di gas presentato in questo studio, selezionare Aria ambiente sul software PAS Pro o spegnere completamente l'FTIR. In caso contrario, si verificano danni all'FTIR.</li>
	<li>Assicurarsi che sia installato un filtro a carbone tra la pompa a membrana resistente agli agenti chimici (pompa 1 in figura 2) e la camera. Contrassegnare il numero di usi sul filtro e sostituirlo con uno nuovo ogni ~ 10-15 test.</li>
	<li>Aprire la valvola 1 per prepararsi all'aspirazione parziale della camera utilizzando la pompa a membrana resistente agli agenti chimici.</li>
	<li>Far funzionare la pompa a membrana fino a quando la pressione della camera scende a P1 = 9,7 psia (cioè -5 pressione manometrica).</li>
	<li>Spegnere la pompa a membrana e chiudere la valvola 1.</li>
	<li>Aprire la valvola 3 (vedere Figura 4) per riempire la camera con aria ambiente.</li>
	<li>Chiudere la valvola 3 quando la pressione della camera ritorna alla pressione ambiente, P∞.</li>
	<li>Ripetere la procedura di aspirazione parziale (passaggi 7.3-7.7) cinque volte. In questo modo, la percentuale di gas di scarico nella camera dovrebbe scendere a (P 1 / P∞) 5 = 12,5%.</li>
	<li>Aprire la valvola 2 per prepararsi all'aspirazione completa della camera utilizzando la pompa per vuoto (pompa 2 nella figura 2).</li>
	<li>Far funzionare la pompa per vuoto fino a quando la pressione della camera scende a P2 = 4,7 psia (o -10 psia pressione manometrica).</li>
	<li>Spegnere la pompa e chiudere la valvola 2.</li>
	<li>Aprire la valvola 3 per riempire la camera con aria ambiente fino a quando la pressione della camera non ritorna alla pressione ambiente, P∞.</li>
	<li>Ripetere la procedura di aspirazione completa (passaggi 7.9-7.12) due volte. NOTA: Dopo le procedure di aspirazione parziale e completa, la percentuale di gas di scarico nella camera deve essere inferiore all'1,3%.</li>
	<li>Aprire la camera e recuperare la videocamera e la cella.</li>
	<li>Disattivare il bilanciamento di massa.</li>
	<li>Utilizzare un tovagliolo di carta bagnato per pulire l'interno della camera (ad esempio, rimuovere tutti i detriti e pulire le pareti interne della camera).</li>
	<li>Scatta foto prima, durante e dopo aver tolto la cella dal supporto della cella.</li>
	<li>Pesare la cella e registrare la massa post-test della cella.</li>
	<li>Recupera tutti i dati registrati (letture della termocoppia, tensione delle celle, tensione del nastro di riscaldamento, corrente, pressione della camera e misurazione della massa cellulare) dal laptop e le registrazioni video dalle due videocamere.</li>
	<li>Combina i video raccolti utilizzando un software di editing video. Registrare l'ora di insorgenza degli eventi principali, come lo sfiato delle celle, il runaway termico e l'incendio. Salva il video combinato nel formato desiderato (ad esempio, mp4 o avi).</li>
	<li>Post-elaborare i dati raccolti e generare grafici per visualizzare l'evoluzione temporale di tutte le misurazioni.</li>
</ol>

<ol><li>Duffner, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Post-lithium-ion+battery+cell+production+and+its+compatibility+with+lithium-ion+cell+production+infrastructure%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Energy%22%5BJournal%5D)">Post-lithium-ion battery cell production and its compatibility with lithium-ion cell production infrastructure.</a> Nature Energy. 6 (2), 123-134 (2021).</li>
<li>Wang, Q., Mao, B., Stoliarov, S. I., Sun, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+lithium+ion+battery+failure+mechanisms+and+fire+prevention+strategies%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Energy+and+Combustion+Science%22%5BJournal%5D)">A review of lithium ion battery failure mechanisms and fire prevention strategies.</a> Progress in Energy and Combustion Science. 73, 95-131 (2019).</li>
<li>Srinivasan, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+safety+management+in+Li-ion+batteries%3A+current+issues+and+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+The+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">Thermal safety management in Li-ion batteries: current issues and perspectives.</a> Journal of The Electrochemical Society. 167 (14), 140516(2020).</li>
<li>Jeevarajan, J. A., Joshi, T., Parhizi, M., Rauhala, T., Juarez-Robles, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Battery+hazards+for+large+energy+storage+systems%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Energy+Letters%22%5BJournal%5D)">Battery hazards for large energy storage systems.</a> ACS Energy Letters. 7 (8), 2725-2733 (2022).</li>
<li>Ogunfuye, S., Sezer, H., Said, A. O., Simeoni, A., Akkerman, V. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+analysis+of+gas-induced+explosions+in+vented+enclosures+in+lithium-ion+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Energy+Storage%22%5BJournal%5D)">An analysis of gas-induced explosions in vented enclosures in lithium-ion batteries.</a> Journal of Energy Storage. 51, 104438(2022).</li>
<li>Diaz, L. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Meta-review+of+fire+safety+of+lithium-ion+batteries%3A+Industry+challenges+and+research+contributions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+The+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">Meta-review of fire safety of lithium-ion batteries: Industry challenges and research contributions.</a> Journal of The Electrochemical Society. 167 (9), 090559(2020).</li>
<li>Jeevarajan, J., Robles, D. J., Joshi, T., Kathirvel, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fire+and+smoke+characterization+of+lithium-ion+cells+and+modules+during+thermal+runaway%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochemical+Society+Meeting+Abstracts.+The+Electrochemical+Society%2C+Inc%22%5BJournal%5D)">Fire and smoke characterization of lithium-ion cells and modules during thermal runaway.</a> Electrochemical Society Meeting Abstracts. The Electrochemical Society, Inc. 5, 280(2021).</li>
<li>Lopez, C. F., Jeevarajan, J. A., Mukherjee, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+analysis+of+thermal+runaway+and+propagation+in+lithium-ion+battery+modules%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+The+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">Experimental analysis of thermal runaway and propagation in lithium-ion battery modules.</a> Journal of The Electrochemical Society. 162 (9), 1905(2015).</li>
<li>Ghiji, M., Edmonds, S., Moinuddin, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+experimental+and+numerical+studies+of+lithium+ion+battery+fires%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Sciences%22%5BJournal%5D)">A review of experimental and numerical studies of lithium ion battery fires.</a> Applied Sciences. 11 (3), 1247(2021).</li>
<li>Jhu, C. Y., Wang, Y. W., Shu, C. M., Chang, J. C., Wu, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+explosion+hazards+on+18650+lithium+ion+batteries+with+a+VSP2+adiabatic+calorimeter%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hazardous+Materials%22%5BJournal%5D)">Thermal explosion hazards on 18650 lithium ion batteries with a VSP2 adiabatic calorimeter.</a> Journal of Hazardous Materials. 192 (1), 99-107 (2011).</li>
<li>Roth, E. P., Doughty, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+abuse+performance+of+high-power+18650+Li-ion+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Thermal abuse performance of high-power 18650 Li-ion cells.</a> Journal of Power Sources. 128 (2), 308-318 (2004).</li>
<li>Golubkov, A. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal-runaway+experiments+on+consumer+Li-ion+batteries+with+metal-oxide+and+olivin-type+cathodes%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">Thermal-runaway experiments on consumer Li-ion batteries with metal-oxide and olivin-type cathodes.</a> RSC Advances. 4 (7), 3633-3642 (2013).</li>
<li>Joshi, T., Azam, S., Lopez, C., Kinyon, S., Jeevarajan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Safety+of+lithium-ion+cells+and+batteries+at+different+states-of-charge%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+The+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">Safety of lithium-ion cells and batteries at different states-of-charge.</a> Journal of The Electrochemical Society. 167 (14), 140547(2020).</li>
<li>Ribière, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+on+the+fire-induced+hazards+of+Li-ion+battery+cells+by+fire+calorimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+%26+Environmental+Science%22%5BJournal%5D)">Investigation on the fire-induced hazards of Li-ion battery cells by fire calorimetry.</a> Energy & Environmental Science. 5 (1), 5271-5280 (2012).</li>
<li>Chen, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+on+the+thermal+hazards+of+18650+lithium+ion+batteries+by+fire+calorimeter%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Thermal+Analysis+and+Calorimetry%22%5BJournal%5D)">Investigation on the thermal hazards of 18650 lithium ion batteries by fire calorimeter.</a> Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 122 (2), 755-763 (2015).</li>
<li>Fu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+experimental+study+on+burning+behaviors+of+18650+lithium+ion+batteries+using+a+cone+calorimeter%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">An experimental study on burning behaviors of 18650 lithium ion batteries using a cone calorimeter.</a> Journal of Power Sources. 273, 216-222 (2015).</li>
<li>Ouyang, D., He, Y., Chen, M., Liu, J., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+study+on+the+thermal+behaviors+of+lithium-ion+batteries+under+discharge+and+overcharge+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Thermal+Analysis+and+Calorimetry%22%5BJournal%5D)">Experimental study on the thermal behaviors of lithium-ion batteries under discharge and overcharge conditions.</a> Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 132 (1), 65-75 (2018).</li>
<li>Said, A. O., Lee, C., Liu, X., Wu, Z., Stoliarov, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+measurement+of+multiple+thermal+hazards+associated+with+a+failure+of+prismatic+lithium+ion+battery%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Combustion+Institute%22%5BJournal%5D)">Simultaneous measurement of multiple thermal hazards associated with a failure of prismatic lithium ion battery.</a> Proceedings of the Combustion Institute. 37 (3), 4173-4180 (2019).</li>
<li>Quintiere, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+methods+to+measure+the+energetics+of+a+lithium+ion+battery+in+thermal+runaway%5BTitle%5D)+AND+%22Fire+Safety+Journal%22%5BJournal%5D)">On methods to measure the energetics of a lithium ion battery in thermal runaway.</a> Fire Safety Journal. 111, 102911(2020).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+lithium-ion+battery+safety+concerns%3A+The+issues%2C+strategies%2C+and+testing+standards%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Energy+Chemistry%22%5BJournal%5D)">A review of lithium-ion battery safety concerns: The issues, strategies, and testing standards.</a> Journal of Energy Chemistry. 59, 83-99 (2021).</li>
<li>Kennedy, R. W., Marr, K. C., Ezekoye, O. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gas+release+rates+and+properties+from+Lithium+Cobalt+Oxide+lithium+ion+battery+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sourcres%22%5BJournal%5D)">Gas release rates and properties from Lithium Cobalt Oxide lithium ion battery arrays.</a> Journal of Power Sourcres. 487, 229388(2021).</li>
<li>Essl, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comprehensive+hazard+analysis+of+failing+automotive+Lithium-ion+batteries+in+overtemperature+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Batteries%22%5BJournal%5D)">Comprehensive hazard analysis of failing automotive Lithium-ion batteries in overtemperature experiments.</a> Batteries. 6 (2), 30(2020).</li>
<li>Kwon, B., et al. Fire characterization and gas analysis of lithium-ion batteries during thermal runaway. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://ttu-ir.tdl.org/handle/2346/89734">https://ttu-ir.tdl.org/handle/2346/89734</a> (2022).</li>
<li>FTIR Toxity Test. Fire Testing Technology. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.fire-testing.com/ftir-toxicity-test/">https://www.fire-testing.com/ftir-toxicity-test/</a> (2022).</li>
</ol>

Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.

I passaggi più critici del protocollo sono quelli riguardanti i gas tossici rilasciati nel runaway termico LIB. La prova di tenuta nella fase 3.11 deve essere eseguita con attenzione per garantire che i gas tossici siano confinati nella camera durante gli esperimenti. Anche le procedure di pulizia dei gas della camera (fasi 7.1-7.14) devono essere eseguite correttamente per mitigare il pericolo derivante dai gas tossici. I gas tossici possono costituire solo una piccola frazione del gas di sfiato durante il runaway termi...

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 sostanziale degli incendi e delle esplosioni legate alle LIB2. Questi incidenti dimostrano gli elevati rischi associati alle LIB, sollevando preoccupazioni per quanto riguarda il loro utilizzo su larga scala. Per mitigare queste preoccupazioni, è fondamentale acquisire una comprensione approfondita del processo di fuga termica LIB che porta agli incendi.
Precedenti incidenti hanno rivelato che le celle LIB falliscono quando l'elettrochimica cellulare viene interrotta dal surriscaldamento in circostanze operative anomale (come cortocircuito esterno, scarica rapida, sovraccarico e danni fisici) o a causa di difetti di fabbricazione e scarsa progettazione 2,3,4. Questi eventi portano alla decomposizione dell'interfaccia solido-elettrolita (SEI), stimolando reazioni chimiche altamente esotermiche tra materiali elettrodici ed elettroliti. Quando il calore prodotto in queste reazioni supera quello dissipato, si traduce in un rapido autoriscaldamento delle celle, noto anche come runaway termico. La temperatura e la pressione interne possono continuare a salire fino a quando la pressione accumulata provoca la rottura della batteria e il rilascio di gas infiammabili e tossici ad alta velocità. In una configurazione a batteria multi-cella, un runaway termico in una singola cella, se non controllato, può portare alla propagazione del runaway termico ad altre celle e a incidenti di incendio ed esplosione a livelli catastrofici, specialmente in spazi chiusi con ventilazione limitata. Ciò pone minacce significative alla sicurezza umana e alle strutture.
Negli ultimi decenni, sono stati condotti numerosi studi per studiare le reazioni termiche di fuga delle LIB che portano alla combustione di elettroliti organici all'interno della batteria e al rilascio di gas infiammabili in diverse condizioni di riscaldamento 2,5,6,7,8,9,10,11,12. Ad esempio, Jhu et al.10 hanno dimostrato la natura pericolosa delle LIB cilindriche cariche rispetto a quelle non cariche che utilizzano un calorimetro adiabatico. Molti altri studi si sono concentrati sul comportamento di fuga termica delle LIB a diversi stati di carica (SOC). Ad esempio, Joshi et al.13 hanno studiato il runaway termico di vari tipi di LIB commerciali (cilindrici e a sacchetto) a diversi SOC. È stato notato che le celle a SOC più alti avevano una maggiore probabilità di subire runaway termico rispetto a quelle a SOC più bassi. Inoltre, il SOC minimo per un runaway termico variava a seconda dei formati delle celle e delle sostanze chimiche. Roth et al.11 hanno testato le LIB cilindriche in un calorimetro a velocità accelerata (ARC) e hanno osservato che, all'aumentare del SOC, la temperatura di inizio del runaway termico diminuiva e il tasso di accelerazione aumentava. Golubkov et al.12 hanno sviluppato un banco di prova progettato su misura e hanno dimostrato che la temperatura superficiale massima delle LIB cilindriche potrebbe arrivare fino a 850 °C. Ribière et al.14 hanno utilizzato un apparato di propagazione del fuoco per studiare i rischi indotti dal fuoco delle LIB in busta e hanno notato che il tasso di rilascio di calore (HRR) e la produzione di gas tossico variavano significativamente con il SOC della cella. Chen et al.15 hanno studiato i comportamenti di incendio di due diverse LIB 18650 (LiCoO2 e LiFePO4) a diversi SOC, utilizzando un calorimetro in situ su misura. HRR, perdita di massa e temperatura superficiale massima sono risultati aumentare con SOC. È stato inoltre dimostrato che il rischio di esplosione era più elevato per una cella catodica 18650 completamente carica di ossido di litio cobalto (LiCoO 2) rispetto a una cella catodica 18650 di litio ferro fosfato (LiFePO2). Fu et al.16 e Quang et al.17 hanno condotto esperimenti antincendio su LIB (allo 0% -100% SOC) usando un calorimetro a cono. È stato osservato che le LIB a un SOC più elevato comportavano maggiori rischi di incendio a causa di tempi più brevi per l'accensione e l'esplosione, HRR più elevato, temperatura superficiale più elevata e maggiori emissioni di CO e CO2.
Per riassumere, studi precedenti che utilizzano diversi calorimetri18,19 (ARC, calorimetria adiabatica, calorimetria C80 e calorimetria a bomba modificata) hanno fornito dati abbondanti sui processi elettrochimici e termici associati al runaway termico LIB e agli incendi (ad esempio, HRR, composizioni dei gas sfiatati ) e le loro dipendenze dal SOC, dalla chimica della batteria e dal flusso di calore incidente2,3, 7,20. Tuttavia, la maggior parte di questi metodi sono stati progettati originariamente per combustibili solidi convenzionali (ad esempio, campioni di cellulosa, plastica) e forniscono informazioni limitate quando applicati agli incendi LIB. Mentre alcuni test precedenti hanno misurato l'HRR e l'energia totale generata dalle reazioni chimiche, gli aspetti cinetici degli incendi post-termici non sono stati completamente affrontati.
La gravità dei pericoli durante il runaway termico dipende principalmente dalla natura e dalla composizione dei gas rilasciati 2,5. Pertanto, è importante caratterizzare i gas rilasciati, la velocità di sfiato e la loro dipendenza dal SOC. Alcuni studi precedenti hanno misurato le composizioni di gas di sfiato del runaway termico LIB in un ambiente inerte (ad esempio, in azoto o argon)12,21,22; La componente di fuoco durante il runaway termico è stata esclusa. Inoltre, queste misurazioni sono state per lo più eseguite post-esperimenti (anziché in situ). Le evoluzioni della composizione dei gas di sfiato durante e post-fuga termica, in particolare quelle che coinvolgono incendi e gas tossici, sono rimaste poco esplorate.
È noto che il runaway termico interrompe l'elettrochimica della batteria e influisce sulla tensione e sulla temperatura della cella. Un test completo per caratterizzare il processo di runaway termico del LIB dovrebbe, quindi, fornire una misurazione simultanea della temperatura, della massa, della tensione e dei gas sfiatati (velocità e composizione). Questo non è stato ottenuto in una singola configurazione negli studi precedenti. In questo studio, vengono sviluppati un nuovo apparato e un nuovo protocollo di test per raccogliere dati risolti nel tempo sulle informazioni sulle celle, sulla composizione del gas e sulle caratteristiche del fuoco durante e post-fuga termica delle celle LIB23. L'apparecchiatura di prova è illustrata nella figura 1A. Una grande camera ambientale (~ 600 L) viene utilizzata per confinare l'evento di fuga termica. La camera è dotata di una valvola limitatrice di pressione (con una pressione manometrica impostata a 0,5 psig) per impedire l'aumento della pressione nella camera. Un analizzatore di gas a infrarossi in trasformata di Fourier (FTIR) è collegato alla camera per il campionamento di gas in situ durante tutto il test. Rileva 21 specie di gas (H 2 O, CO 2, CO, NO, NO2, N 2 O, SO 2, HCl, HCN, HBr, HF, NH 3, C 2 H 4, C 2 H 6, C 3 H8, C 6 H14, CH 4, HCHO, C 6 H 6O,C 3H 4O e COF 2). La frequenza di campionamento FTIR è 0,25 Hz. Inoltre, un sensore di idrogeno autonomo è installato all'interno della camera vicino alla porta di campionamento FTIR per registrare la concentrazione di H2. Due pompe (una pompa a membrana resistente agli agenti chimici da 1,3 cfm e una pompa per vuoto da 0,5 hp) sono installate nella linea di scarico della camera. Dopo ogni esperimento, viene seguita una procedura di pulizia della camera per filtrare e pompare il gas della camera direttamente alla linea di scarico dell'edificio.
In ogni esperimento, la cella è posizionata all'interno della camera in un portacampioni (Figura 1B). Il runaway termico è innescato da un nastro riscaldante elettrico controllato da derivata integrale proporzionale (PID) a una velocità di riscaldamento costante di 10 °C/min. Le temperature superficiali delle celle vengono registrate dalle termocoppie in tre diverse posizioni lungo la lunghezza della cella. La perdita di massa della cella è misurata da un bilancio di massa. La pressione della camera è monitorata da un trasduttore di pressione. Vengono registrati anche la tensione della cella e l'ingresso di potenza (tensione e corrente) al nastro riscaldante. Tutte le letture del sensore (termocoppie, perdita di massa, tensione della cella, corrente del nastro di riscaldamento e tensione) vengono raccolte da un programma di acquisizione dati personalizzato a una frequenza di 2 Hz. Infine, due videocamere (risoluzione 1920 pixel x 1080 pixel) vengono utilizzate per registrare l'intero processo degli esperimenti da due diverse angolazioni.
L'obiettivo dello sviluppo di questo nuovo metodo di prova è duplice: 1) caratterizzare i comportamenti di fumo e incendio associati al runaway termico LIB e 2) fornire dati sperimentali risolti nel tempo che consentano lo sviluppo di modelli numerici ad alta validità per gli incendi delle batterie. L'obiettivo a lungo termine è quello di far progredire la comprensione di come il runaway termico si propaga tra le celle in un pacco batteria e di come un incendio di batteria si espande quando si passa da batterie a celle singole a batterie multi-cella. In definitiva, ciò contribuirà a migliorare le linee guida e i protocolli per l'archiviazione e il trasporto sicuro delle LIB.

<table><tbody><tr><td>Equilibrio</td><td>A& D</td><td>EJ-6100</td><td></td></tr><tr><td>Filtro a carbone</td><td>Whatman</td><td>WHA67041500</td><td></td></tr><tr><td>Trasduttore di corrente</td><td>NK Technologies</td><td>AT1-010-000-FT</td><td></td></tr><tr><td>Fotocamera frontale</td><td>Sony</td><td>FDR-AX53</td><td></td></tr><tr><td>Analizzatore di gas FTIR</td><td>Tecnologia di test antincendio</td><td>Protea atmosFIR AFS-A-15</td><td></td></tr><tr><td>Nastro riscaldante (1,00" x 2,00")</td> <td>Birk Manufacturing, Inc.</td><td>BK3512-19.6-L24-03</td><td></td></tr><tr><td>Sensore di idrogeno</td><td></td><td></td> Kapton a nastro resistente alle alte temperature Amphenol AX220135 <td></td></tr><tr><td>K-type, termocoppia</td><td>Omega</td><td>KMQSS-020U-12</td><td></td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>National Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td> NI-9213 National <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td> Instruments</td><td>NI-9213</td><td></td></tr><tr><td>NI-9219</td><td>National Instruments</td><td>NI-9219</td><td></td></tr><tr><td>NI-cDAQ-9174</td><td>National Instruments</td><td>NI-cDAQ-9174</td><td></td></tr><tr><td>NI-USB-6009</td><td>National Instruments</td> Controller PID <td>NI-USB-6009</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Omega</td><td>CN8200</td><td></td></tr><tr><td>PILOT5000 Pompa per vuoto a membrana resistente agli agenti chimici</td><td>The Lab Depot</td><td></td><td></td>TLD5000</tr><tr><td>Valvola limitatrice di pressione</td><td>Straval</td><td>RVL20-10T-N4675</td><td></td></tr><tr><td>Trasmettitore di pressione</td><td>Keller</td><td>0308.01601.081303.02</td><td></td></tr><tr><td>Striscia di nichel puro (0,1x5x100 mm 99,6% nichel)</td> <td>Respiratore per prodotti</td><td></td><td></td>solidi statunitensi</tr><tr><td></td><td>McMaster</td><td>55865T52</td><td></td></tr><tr><td>Cartuccia respiratore</td><td>Honeywell&nbsp;</td><td>75Scp100L</td><td></td></tr><tr><td>Pompa per vuoto rotativa a palette (0,5 CV)</td><td>Alcatel</td><td>Pascal 2010</td><td></td></tr><tr><td>Telecamera laterale</td><td>Sony</td><td>HDR-CX110</td><td></td></tr><tr><td>Saldatrice a punti</td><td>SUNKKO</td><td>737G+</td><td></td></tr><tr><td>TeamViewer</td><td>TeamViewer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Trasduttore di tensione</td><td>CR Magnetics Inc.</td><td>CR4510-50</td><td></td></tr></tbody></table>

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

In Situ Gas Analysis and Fire Characterization of Lithium-Ion Cells During Thermal Runaway Using an Environmental Chamber

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.

I video che rappresentano i tipici processi termici di fuga con e senza incendi sono inclusi rispettivamente nel file supplementare 1 e nel file supplementare 2. Gli eventi chiave sono illustrati nella Figura 5. Quando la temperatura della cella viene aumentata (a ~ 110-130 ° C), la cella inizia a gonfiarsi, indicando l'accumulo della pressione interna (causata dalla vaporizzazione degli elettroliti e dall'espansione termica dei gas all'interno della cella<s...

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.

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

An experimental apparatus and a standard operating procedure (SOP) are developed to collect time-resolved data on the gas compositions and fire ...

Il runaway termico nelle batterie agli ioni di litio si verifica a causa di diverse cause, che possono anche portare a risultati peggiori molto diversi. In questo metodo, stiamo cercando di simulare un pericolo catastrofico in una singola cellula e il protocollo ha dimostrato di fornire coerenza nei risultati per la simulazione del tipo di pericolo che vogliamo creare. Il vantaggio principale di questa procedura di prova è che misura vari parametri in situ in un singolo test.I dati sui risultati temporali caratterizzano in modo completo l'evento transitorio di esaurimento termico e incendi della batteria agli ioni di litio. Questo esperimento richiede una sincronizzazione dell'acquisizione dei dati da molti sensori, FDIR e registrazione video. L'operatore deve seguire la procedura operativa standard per utilizzare correttamente più dispositivi passo dopo passo.Ciò garantisce il successo degli esperimenti con risultati coerenti e senza potenziali pericoli per il personale e i dispositivi. A dimostrare la procedura saranno Pushkal Kannan, uno studente PD, e il Dr.Ankit Sharma, un ricercatore post-dottorato del mio laboratorio. Per iniziare, installare un filtro nuovo o pulito nell'unità della valvola del filtro.Aprire la valvola della bombola di azoto collegata all'analizzatore di gas e regolare la portata dell'azoto da 150 a 250 centimetri cubici al minuto. Con una preparazione della cella, misurare la tensione iniziale e la massa della cella con una precisione di 0,01 grammi e registrarli sul foglio di registro dell'esperimento. Attaccare un nastro riscaldante al centro della cella.Assicurarsi che i fili del nastro riscaldante puntino verso il lato negativo della cella. Scatta una foto della cella con il nastro adesivo. Attaccare tre termocoppie alla superficie della cella, una vicino al terminale positivo, una al centro e una in basso vicino al terminale negativo della cella utilizzando nastro resistente alle alte temperature.Utilizzare la termocoppia vicino al terminale positivo per controllare la velocità di riscaldamento attraverso la derivata integrale proporzionale, o PID. Tutte e tre le termocoppie devono essere posizionate a cinque millimetri di distanza dal bordo del nastro riscaldante. Scatta una foto della cella con un righello per confermare la distanza dal nastro riscaldante.Saldare a punti le linguette di nichel ai terminali positivo e negativo della cella per la misurazione della tensione della cella, quindi caricare la cella sul supporto della cella. Posizionare la cella e il supporto della cella sulla bilancia di massa nella camera. Collegare i connettori della termocoppia, il nastro riscaldante e le linguette di nichel alle spine e ai fili passanti della camera.Accendere il controller PID per il nastro riscaldante e impostare il profilo di riscaldamento. Collegare i cavi per il controller PID, l'acquisizione dei dati e il bilanciamento di massa a un laptop e avviare il programma di acquisizione dati sul laptop. Assicurarsi che tutte le letture del sensore mostrate nel programma di acquisizione dati siano ragionevoli.Dopo aver controllato le misurazioni, disattivare il programma di acquisizione dati. Regolare le impostazioni della videocamera frontale e laterale, il bilanciamento del bianco manuale, la messa a fuoco manuale, l'esposizione automatica, il diaframma automatico e la velocità dell'otturatore automatico. Assicurarsi che la batteria della videocamera sia piena.Posizionare il camcorder per la visione frontale su un treppiede all'esterno della camera, avviare la registrazione sul camcorder con vista laterale e posizionarlo all'interno di una scatola di protezione nella camera. Dopo aver controllato l'angolazione e la visuale della videocamera laterale, bloccare la scatola di protezione. Chiudere la camera e assicurarsi che tutte le viti sulle piastre di copertura siano ben fissate.Utilizzare la pompa a vuoto o a membrana per eseguire un controllo delle perdite e cambiare l'aspirazione FTIR dall'aria ambiente alla camera. Quindi collegare la linea di ritorno FTIR alla camera. Impostare il controller PID sulla modalità di immersione rampa e spegnere la luce nella stanza e la luce LED nella camera.Avviare la registrazione della videocamera con vista frontale, quindi registrare il seguente processo di avvio per sincronizzare l'acquisizione dei dati e la registrazione video. Avviare la registrazione dei dati e il programma di acquisizione dati sul laptop. Avviare la modalità di immersione della rampa PID a 10 secondi sul timer del programma di acquisizione dati, accendere la luce LED della camera e avviare la registrazione FTIR.Posizionare la videocamera frontale sul treppiede e continuare a registrare l'esperimento. Spostarsi in un'altra stanza e continuare a monitorare il pannello di acquisizione dati sul laptop tramite un programma desktop telecomandato. Quando si verifica il runaway termico o dopo che il controller PID ha mantenuto la temperatura della cella a 200 gradi Celsius per 60 minuti, spegnere il nastro riscaldante e impostare il controller PID in modalità standby.Terminare l'esperimento e la registrazione dei dati quando tutte e tre le letture della termocoppia diventano inferiori a 40 gradi Celsius. Spurgare l'analizzatore di gas FTIR con azoto per pulire il tubo nell'analizzatore per circa 15 minuti. Dopo lo spurgo, interrompere la misurazione FTIR.Prima della procedura di aspirazione della pulizia della camera, verificare se la linea di aspirazione del campionamento FTIR è chiusa o aperta all'aria ambiente. Selezionare l'aria ambiente sul software Protea Analyser o PAS-Pro o spegnere completamente l'FTIR. Aprire la valvola uno per prepararsi a aspirare parzialmente la camera utilizzando la pompa a membrana resistente alle sostanze chimiche e far funzionare la pompa a membrana fino a quando la pressione della camera scende a 9,7 libbre per pollice quadrato assoluto.Spegnere la pompa a membrana e chiudere la valvola uno, quindi aprire la valvola tre per riempire la camera con aria ambiente. Chiudere la valvola tre quando la pressione della camera ritorna alla pressione ambiente. Dopo aver abbassato la concentrazione di gas tossici aspirando parzialmente la camera con la pompa a membrana, far funzionare una pompa venosa rotativa fino a quando la pressione della camera scende a 4,7 libbre per pollice quadrato assoluto per rimuovere il resto dei gas tossici.Aprire la camera e recuperare la videocamera e la cella. Scatta foto prima, durante e dopo aver tolto la cella dal supporto della cella. Pesare la cella e registrare la massa post-test della cella.Infine, post-elaborare i dati raccolti e generare grafici per visualizzare l'evoluzione temporale di tutte le misurazioni. I dati relativi alla temperatura della cella e alla perdita di massa ottenuti per una cella cilindrica 18650 allo stato di carica del 75% sono mostrati in questa figura. La perdita di massa indica due distinti periodi di rilascio di gas, uno durante lo sfiato della cella e l'altro durante il runaway termico.Le concentrazioni delle principali specie di idrocarburi e gas tossici sono mostrate qui. La corrente e la tensione registrate fornite al nastro riscaldante possono essere utilizzate per calcolare la potenza in ingresso alla cella. I dati rappresentativi per la tensione e la corrente fornite al nastro riscaldante e l'energia e la potenza calcolate fornite al nastro riscaldante sono presentati qui.Il fattore più importante qui è garantire la sicurezza durante e dopo ogni esperimento. L'esperimento deve evitare un cortocircuito esterno della cella di prova. E gli altri fattori critici stanno confermando che il SoC della cella e le velocità di riscaldamento sono verificati per essere corretti prima del test.È inoltre fondamentale sigillare completamente la camera per confinare lo scarico dei gas tossici e seguire esattamente la procedura di pulizia per rimuovere i gas in modo sicuro. La procedura di prova può essere estesa per studiare l'applicazione del fuoco in diversi formati e moduli di celle, migliorando la nostra comprensione del runaway termico e del ridimensionamento del fuoco delle batterie nelle batterie multi-cella. I dati completi sui risultati temporali raccolti in questa procedura di prova consentono lo sviluppo di modelli e teorie futuri delle batterie agli ioni di litio.Aiuterà anche a capire come si espande il fuoco della batteria.

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