Tutaj opisujemy procedurę testową opracowaną w celu scharakteryzowania niekontrolowanej temperatury i pożarów w ogniwach litowo-jonowych poprzez pomiary in situ różnych parametrów w komorze środowiskowej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj opisujemy procedurę testową opracowaną w celu scharakteryzowania niekontrolowanej temperatury i pożarów w ogniwach litowo-jonowych poprzez pomiary in situ różnych parametrów w komorze środowiskowej.
Eksperymentalna aparatura i standardowa procedura operacyjna (SOP) są opracowywane do zbierania danych o składzie gazu i charakterystyce pożaru podczas i po ucieczce termicznej ogniw baterii litowo-jonowych (LIB). Ogniwo cylindryczne 18650 jest kondycjonowane do pożądanego stanu naładowania (SOC; 30%, 50%, 75% i 100%) przed każdym eksperymentem. Kondycjonowane ogniwo jest zmuszane do ucieczki termicznej przez elektryczną taśmę grzewczą ze stałą szybkością ogrzewania (10 °C/min) w komorze środowiskowej (objętość: ~600 L). Komora jest podłączona do analizatora gazu w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) w celu pomiaru stężenia w czasie rzeczywistym. Dwie kamery służą do rejestrowania ważnych zdarzeń, takich jak wentylacja komórek, niekontrolowana temperatura i następujący po niej proces spalania. Rejestrowane są również warunki ogniwa, takie jak temperatura powierzchni, utrata masy i napięcie. Na podstawie uzyskanych danych można wywnioskować pseudowłaściwości komórek, skład gazów odpowietrzających i szybkość masy wentylacyjnej jako funkcje temperatury komórki i SOC komórki. Chociaż procedura testowa została opracowana dla pojedynczego ogniwa cylindrycznego, można ją łatwo rozszerzyć w celu testowania różnych formatów komórek i badania rozprzestrzeniania się ognia między wieloma ogniwami. Zebrane dane eksperymentalne mogą być również wykorzystane do opracowania modeli numerycznych dla pożarów LIB.
W ciągu ostatnich kilku dekad, baterie litowo-jonowe (LIBs) zyskały na popularności i skorzystały z ogromnego postępu technologicznego. Dzięki różnym zaletom (np. wysokiej gęstości energii, niskim kosztom utrzymania, krótkiemu czasowi samorozładowania i ładowania oraz długiej żywotności), LIB jest uważany za obiecującą technologię magazynowania energii i szeroko stosowany w różnych zastosowaniach, takich jak duże systemy magazynowania energii (ESS), pojazdy elektryczne (EV) i przenośne urządzenia elektroniczne. Podczas gdy oczekuje się, że globalny popyt na ogniwa LIB podwoi się z 725 GWh w 2020 r. do 1 500 GWh w 2030 r1, w ostatnich latach nas....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Uruchomienie analizatora gazu FTIR
UWAGA: Procedury mogą być różne dla różnych marek i modeli analizatora gazu FTIR. Poniższa procedura dotyczy konkretnego analizatora gazów używanego w tej pracy.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Filmy przedstawiające typowe procesy ucieczki termicznej z pożarami oraz bez pożarów zawarte są odpowiednio w Pliku uzupełniającym 1 oraz Pliku uzupełniającym 2. Kluczowe zdarzenia przedstawiono na Rysunku 5. Wraz ze wzrostem temperatury ogniwa (do ~110-130 °C), ogniwo zaczyna pęcznieć, co wskazuje na wzrost ciśnienia wewnętrznego (spowodowany odparowaniem elektrolitów i rozszerzalnością cieplną gazów wewnątrz ogniwa2). Następnie nast.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Najbardziej krytycznymi krokami w protokole są te dotyczące toksycznych gazów uwalnianych w ucieczce termicznej LIB. Badanie szczelności opisane w kroku 3.11 musi być starannie przeprowadzone w celu zapewnienia, że toksyczne gazy są zamknięte w komorze podczas eksperymentów. Procedury oczyszczania gazu w komorze (kroki 7.1-7.14) muszą być również prawidłowo wykonane w celu zmniejszenia zagrożenia związanego z gazami toksycznymi. Gazy toksyczne mogą stanowić tylko niewielką część gazu odpowietrzającego podczas niekontrolo.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
To badanie jest wspierane przez Instytuty Badawcze UL. Wszystkie ogniwa baterii w tej pracy zostały kondycjonowane i przygotowane w laboratorium prof. Chrisa Yuana na Case Western Reserve University (CWRU). Komora testowa jest wypożyczona CWRU z NASA Glenn Research Center. Otrzymaliśmy ogromne wsparcie w zakresie analizatora gazu FTIR od byłej doktorantki, dr Yumi Matsuyama z CWRU, oraz wsparcie techniczne w zakresie czujnika H2 od Jeffa Tuckera, Brandona Wicksa i Briana Engle z Amphenol Advanced Sensors. Szczerze doceniamy wsparcie ze strony Pushkala Kannana i Boyu Wanga z CWRU. Chcielibyśmy również podziękować za rozmowy techniczne z Alexandrą Schraiber z....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Równowaga | A& D | EJ-6100 | |
| Filtr węglowy | Whatman | WHA67041500 | |
| Przetwornik prądu | NK Technologies | AT1-010-000-FT | |
| Kamera przednia | Sony | FDR-AX53 | |
| Analizator gazu FTIR | Technologia testowania ognia | Protea atmosFIR AFS-A-15 | |
| Taśma grzewcza (1,00" x 2,00") | Birk Manufacturing, Inc. | BK3512-19.6-L24-03 | |
| Taśma odporna na wysokie temperatury | Kapton | ||
| Czujnik wodoru | Amphenol | AX220135 | |
| typu K, termopara | Omega | KMQSS-020U-12 | |
| LabVIEW | National Instruments | ||
| Matlab | MathWorks | ||
| NI-9213 | National Instrumenty | NI-9213 | |
| NI-9219 | National Instruments | NI-9219 | |
| NI-cDAQ-9174 | National Instruments | NI-cDAQ-9174 | |
| NI-USB-6009 National | Instruments | NI-USB-6009 | |
| Regulator PID | Omega | CN8200 | |
| PILOT5000 Odporna na chemikalia membranowa pompa próżniowa | Lab Depot | ||
| Zawór bezpieczeństwa | Straval | RVL20-10T-N4675 | |
| Przetwornik ciśnienia | Keller | 0308.01601.081303.02 | |
| Taśma z czystego niklu (0,1x5x100mm 99,6% niklu) | Amerykańska | ||
| McMaster | 55865T52 | ||
| Wkład respiratora | Honeywell | 75Scp100L | |
| Łopatkowa pompa próżniowa (0,5 KM) | Alcatel | Pascal 2010 | |
| Kamera boczna | Sony | HDR-CX110 | |
| Zgrzewarka punktowa | SUNKKO | 737G+ | |
| TeamViewer | TeamViewer | ||
| Przetwornik napięcia | CR Magnetics Inc. | Zobacz materiał CR4510-50 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.