In Situ Analiza gazów i charakterystyka pożaru ogniw litowo-jonowych podczas ucieczki termicznej z wykorzystaniem komory środowiskowej

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

doi:10.3791/65051

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

In Situ Analiza gazów i charakterystyka pożaru ogniw litowo-jonowych podczas ucieczki termicznej z wykorzystaniem komory środowiskowej

4K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/65051

⸱

31 marca 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

W tym artykule

Podsumowanie

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.

Streszczenie

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.

Wprowadzenie

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....