Name: In Situ Bir çevre odası kullanarak termal kaçak sırasında lityum-iyon hücrelerin gaz analizi ve yangın karakterizasyonu (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-31T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 42 s
Description: Öğrenin, lityum-iyon hücrelerde termal kaçak ve yangın olaylarını in situ ölçümlerle karakterize etme yöntemini. Bu protokol, tek bir testte çoklu sensör senkronizasyonu ve FDIR kullanarak tutarlı sonuçlar sağlar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu çalışma UL Araştırma Enstitüleri tarafından desteklenmektedir. Bu çalışmadaki tüm pil hücreleri, Prof. Chris Yuan'ın Case Western Reserve Üniversitesi'ndeki (CWRU) laboratuvarında şartlandırıldı ve hazırlandı. Test odası, NASA Glenn Araştırma Merkezi'nden CWRU'ya ödünç verildi. CWRU'daki eski bir doktora öğrencisi olan Dr. Yumi Matsuyama'dan FTIR gaz analizörü konusunda muazzam destek ve Amphenol Advanced Sensors'tan Jeff Tucker, Brandon Wicks ve Brian Engle'denH2 sensörü hakkında teknik destek aldık. CWRU'daki Pushkal Kannan ve Boyu Wang'ın desteğini içtenlikle takdir ediyoruz. UL Solutions'dan Alexandra Schraiber ile yapılan teknik tartışmaları da kabul etmek isteriz.

1. FTIR gaz analizörünün başlatılması
NOT: Prosedürler, FTIR gaz analizörünün farklı marka ve modelleri için farklı olabilir. Aşağıdaki prosedür, bu çalışmada kullanılan spesifik gaz analizörü içindir.
<ol><li>Filtre / valf ünitesine yeni bir filtre veya temiz bir filtre (yani, ultrasonik bir banyoda temizlenmiş olan) takın (bkz. Şekil 1 ve Şekil 2).</li>
	<li>Gaz analizörüne bağlı azot silindirinin valfini açın (bkz. Şekil 2). Azot akış hızını 150-250 cc/dak olarak ayarlayın. NOT: Bu, gaz analizörünün ön/son test temizliği sırasında N2 temizlemesine hazırlanmak içindir.</li>
	<li>"FTT Duman Yoğunluğu Odası Standart Çalışma Prosedürü için FTIR ve PAS Pro"24, Sürüm 3.1 üretici el kitabında açıklanan FTIR başlatma prosedürünü izleyin. NOT: FTIR çalışırken, FTIR ile oda arasındaki gaz hattı (bkz. Şekil 2), gaz yoğuşmasını önlemek için 180 °C'de tutulur. Isıtmalı hatta ve filtre/vana ünitesine dokunmamaya dikkat edin.</li>
</ol>2. Hücre hazırlığı
<ol><li>Tarih, saat, SOC, test katılımcıları, test numarası, hücre üreticisi, hücre biçimi ve hücre model numarasını bir deneme günlüğü sayfasına kaydedin.</li>
	<li>Hücrenin başlangıç voltajını ve kütlesini (0,01 g hassasiyetle) ölçün ve deney günlüğü sayfasına kaydedin.</li>
	<li>Isıtma bandını (1 inç x 2 inç, 20 W/in 2) hücrenin ortasına takın ve ısıtma bandı ile hücrenin resmini çekin. Isıtma bandı tellerinin hücrenin negatif tarafına doğru işaret ettiğinden emin olun (bkz. Şekil 3).</li>
	<li>Yüksek sıcaklığa dayanıklı bant kullanarak, biri pozitif terminalin yakınında, biri ortada ve diğeri hücrenin negatif terminalinin yakınında, hepsi ısıtma bandının kenarından 5 mm uzakta bulunan üç termokupl (K tipi, 0,02 inç prob çapında, 12 inç uzunluğunda K tipi) takın (bkz. Şekil 3A). Isıtma hızını PID üzerinden kontrol etmek için pozitif terminalin yakınındaki termokuplları kullanın. Termokuplları taktıktan sonra, ısıtma bandından olan mesafeyi doğrulamak için hücrenin bir cetvelle resmini çekin.</li>
	<li>Hücre voltajı ölçümü için hücrenin pozitif ve negatif terminallerine nokta kaynak nikel tırnakları (0,1 mm kalınlığında, 5 mm genişliğinde ve 100 mm uzunluğunda). Nikel tırnaklarının birbirine dokunmalarını önlemek için farklı yönlere yönlendirildiğinden emin olun, bu da harici bir kısa devreye neden olur (Şekil 3B).</li>
	<li>Hücreyi, Şekil 3C'de gösterildiği gibi hücre tutucusuna yükleyin.</li>
	<li>Gerilim ölçümünün tüm tellerinin ve termokuplların, hücrenin pozitif terminalindeki havalandırma portlarından kaçınmak için hücrenin negatif terminaline yönlendirildiğini doğrulayın.</li>
</ol>3. Test odası kurulumu
<ol><li>Odadaki ışık yayan diyot (LED) ışığını açın.</li>
	<li>Hücreyi ve hücre tutucuyu odadaki kütle dengesine yerleştirin (bkz. Şekil 4). Termokupl konektörlerini, ısıtma bandını ve nikel tırnaklarını hazneli besleme tapalarına ve tellerine bağlayın.</li>
	<li>Kütle dengesini açın. Dengeyi koruyun.</li>
	<li>Hidrojen sensörünün güç kaynağını açın.</li>
	<li>Isıtma bandı için PID kontrol cihazını açın. Isıtma profilini ayarlayın (sıcaklık: 200 °C; rampa süresi: 17 dk). PID denetleyicisi, veri toplama ve kütle dengesi kablolarını bir dizüstü bilgisayara bağlayın ve dizüstü bilgisayarda veri toplama programını başlatın.</li>
	<li>Veri toplama programında gösterilen tüm sensör okumalarının makul olduğundan emin olun: adım 2.2'de ölçülen değere yakın hücre voltajı, ısıtma bandına sıfıra yakın voltaj ve akım girişi (güç henüz açık olmadığından), oda sıcaklığına yakın termokupl okumaları (~ 25 ° C), oda basıncı ~ 1 atm ve kütle okuma ~ 0 g. Ölçümleri kontrol ettikten sonra veri toplama programını kapatın.</li>
	<li>Ön ve yan görüş video kamera ayarlarını yapın: manuel beyaz dengesi (başlangıçta bir teknik inceleme kullanılarak kalibre edilir), manuel odaklama (pozitif terminalin yakınındaki hücre yüzeyine sabitlenir), otomatik pozlama, otomatik IRIS ve otomatik enstantane hızı. Video kameranın pilinin dolu olduğundan emin olun.</li>
	<li>Önden görünümlü video kamerayı bölmenin dışındaki bir tripoda yerleştirin (bkz. Şekil 4). Yandan görünümlü video kamerada kayıt yapmaya başlayın ve haznedeki bir koruma kutusunun içine yerleştirin. Yandan görünümlü video kameranın açısını ve görünümünü kontrol edin. Koruma kutusunu kilitleyin.</li>
	<li>Odanın içinde tehlikeli veya gereksiz herhangi bir madde olup olmadığını ve yukarıda listelenen herhangi bir adımın atlanıp atlanmadığını iki kez kontrol edin.</li>
	<li>Odayı kapatın ve kapak plakalarındaki tüm vidaların sıkıca tutturulduğundan emin olun (örneğin, bir darbeli anahtar kullanarak).</li>
	<li>Sızıntı kontrolü yapmak için vakum veya diyaframlı pompayı kullanın. Tüm valflerin, kapak plakalarının ve gözlem pencerelerinin sağlam bir şekilde sabitlendiğini iki kez kontrol edin. NOT: Basınç yavaş yavaş azalırsa veya düşmezse, bir yerlerde sızıntılar vardır.</li>
	<li>FTIR girişini ortam havasından hazneye değiştirin.</li>
	<li>FTIR dönüş hattını odaya bağlayın (bkz. Şekil 2).</li>
</ol>4. Termal kaçak ve yangın deneyi
<ol><li>PID denetleyicisini rampa-ıslatma moduna ayarlayın.</li>
	<li>Odadaki ışığı ve odadaki LED ışığını kapatın.</li>
	<li>Önden görünümlü video kamera kaydını başlatın. Deneylerden sonra toplanan tüm verilerin (sensör verileri, FTIR okumaları ve videolar) zaman senkronizasyonu için adım 4.4 ve 4.5'teki eylemleri kaydetmek üzere kamerayı kullanın.</li>
	<li>Veri kaydını dizüstü bilgisayardaki veri toplama programında başlatın.</li>
	<li>Veri toplama programı zamanlayıcısında PID rampa-ıslatma modunu 10 sn'de başlatın. Oda LED ışığını açın. FTIR kaydını başlatın.</li>
	<li>Önden görünümlü video kamerayı tripodun üzerine yerleştirin ve denemeyi kaydetmeye devam edin.</li>
	<li>Farklı bir odaya geçin ve uzaktan kumandalı bir masaüstü programı aracılığıyla dizüstü bilgisayardaki veri toplama panelini izlemeye devam edin. Bu adımın ekstra önlem almak için atıldığını ve gerekli olmadığını unutmayın. Deneyler tamamen çevre odasında sınırlı olduğundan, çevredeki personel için risk minimumdur.</li>
	<li>Hazneyle aynı odada bulunuyorsa, tüm test süresi boyunca uygun kişisel koruyucu ekipman (KKD) giyin (örneğin, eldivenler, P100 solunum cihazı, güvenlik gözlükleri ve yangına dayanıklı laboratuvar önlüğü).</li>
</ol>5. Deneyin sonlandırılması
<ol><li>Termal kaçak meydana geldiğinde (yani, termokupl okumaları ani ani artışlar gösterir) veya PID kontrolörü hücre sıcaklığını 60 dakika boyunca 200 ° C'de tuttuktan sonra (hangisi önce gerçekleşirse), ısıtma bandına giden gücü kapatın ve PID kontrol cihazını bekleme moduna ayarlayın.</li>
	<li>Tüm termokupl okumalarının oda sıcaklığına (<50 ° C) düşmesini bekleyin. Tek bir hücre için soğutma işleminin yaklaşık 30 dakika sürebileceğini unutmayın.</li>
	<li>Dizüstü bilgisayardaki veri toplama programını, FTIR ölçümünü ve video kaydını durdurun.</li>
</ol>6. FTIR gaz analizörünün kapatılması
<ol><li>"FTT Duman Yoğunluğu Odası Standart Çalışma Prosedürü için FTIR ve PAS Pro", Sürüm 3.1'de üretici el kitabında belgelenen FTIR kapatma prosedürünü izleyin.</li>
	<li>Tüpü ve analizörü ~ 15 dakika boyunca temizlemek için FTIR gaz analizörünü azotla boşaltın. FTIR gaz analizörüneN2 akış hızının 150-250 cc/dak olduğundan emin olun.</li>
	<li>Gaz analizörünü temizlerken, FTIR sonuçlarını bir USB bellek çubuğuna aktarın.</li>
	<li>Temizledikten sonra, gaz analizörünü kapatın.</li>
	<li>Bir çift ısı yalıtım eldiveni de dahil olmak üzere uygun KKD giyin ve filtreyi ısıtmalı filtre/valf ünitesinde çıkarın. Filtre/valf ünitesi çok sıcak olabileceğinden son derece dikkatli olun.</li>
	<li>Çıkarılan filtreyi bir temizleme çözeltisinin ultrasonik banyosuyla temizleyin.</li>
</ol>7. Oda temizleme ve veri toplama
<ol><li>Oda temizleme vakumlama prosedüründen önce, FTIR numune alma (giriş) hattının (odaya bağlı) kapalı veya ortam havasına açık olup olmadığını kontrol edin. Bu çalışmada sunulan gaz analizörü modeli için, PAS Pro yazılımında Ortam Havası'nı seçin veya FTIR'ı tamamen kapatın. Bunun yapılmaması FTIR'a zarar verir.</li>
	<li>Kimyasallara dayanıklı diyaframlı pompa ( Şekil 2'de Pompa 1) ile hazne arasına bir karbon filtre takıldığından emin olun. Filtredeki kullanım sayısını işaretleyin ve her ~ 10-15 testte yenisiyle değiştirin.</li>
	<li>Kimyasallara dayanıklı diyaframlı pompayı kullanarak odayı kısmen vakumlamaya hazırlanmak için Vana 1'i açın.</li>
	<li>Diyaframlı pompayı, oda basıncı P1 = 9.7 psia'ya düşene kadar çalıştırın (yani, -5 gauge basınç).</li>
	<li>Diyaframlı pompayı kapatın ve Valf 1'i kapatın.</li>
	<li>Odayı ortam havasıyla doldurmak için Vana 3'ü açın (bkz. Şekil 4).</li>
	<li>Valf 3'ü kapatın, oda basıncı ortam basıncına geri döndüğünde, P∞.</li>
	<li>Kısmi vakumlama prosedürünü (adım 7.3-7.7) beş kez tekrarlayın. Bu sayede, odadaki egzoz gazı yüzdesi (P 1 / P∞)5 =% 12.5'e düşmelidir.</li>
	<li>Vakum pompasını kullanarak odayı tamamen vakumlamaya hazırlanmak için Vana 2'yi açın (Şekil 2'de Pompa 2).</li>
	<li>Vakum pompasını, oda basıncı P2 = 4.7 psia'ya (veya -10 psia gösterge basıncına) düşene kadar çalıştırın.</li>
	<li>Pompayı kapatın ve Vana 2'yi kapatın.</li>
	<li>Oda basıncı ortam basıncına (P∞) geri dönene kadar odayı ortam havasıyla doldurmak için Valf 3'ü açın.</li>
	<li>Tam vakumlama prosedürünü (adım 7.9-7.12) iki kez tekrarlayın. NOT: Kısmi ve tam vakumlama işlemlerinden sonra, odadaki egzoz gazı yüzdesi% 1.3'ten düşük olmalıdır.</li>
	<li>Odayı açın ve video kamerayı ve hücreyi alın.</li>
	<li>Kütle dengesini kapatın.</li>
	<li>Odanın içini temizlemek için ıslak bir kağıt havlu kullanın (örneğin; tüm kalıntıları temizleyin ve odanın iç duvarlarını silin).</li>
	<li>Hücreyi hücre tutucusundan çıkarmadan önce, sırasında ve çıkardıktan sonra fotoğraf çekin.</li>
	<li>Hücreyi tartın ve hücrenin test sonrası kütlesini kaydedin.</li>
	<li>Kaydedilen tüm verileri (termokupl okumaları, hücre voltajı, ısıtma bandı voltajı, akım, oda basıncı ve hücre kütlesi ölçümü) dizüstü bilgisayardan ve video kayıtlarını iki video kameradan alın.</li>
	<li>Toplanan videoları bir video düzenleme yazılımı kullanarak birleştirin. Hücre havalandırması, termal kaçak ve yangın gibi büyük olayların başlangıç zamanını kaydedin. Birleştirilmiş videoyu istediğiniz biçimde kaydedin (örneğin, mp4 veya avi).</li>
	<li>Toplanan verileri sonradan işleyin ve tüm ölçümlerin zaman evrimini görselleştirmek için grafikler oluşturun.</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>

Yazarların açıklayacak çıkar çatışmaları yoktur.

Protokoldeki en kritik adımlar, LIB termal kaçağında salınan zehirli gazlarla ilgili olanlardır. Adım 3.11'deki sızıntı testinin, deneyler sırasında toksik gazların odada hapsedildiğinden emin olmak için dikkatli bir şekilde yapılması gerekir. Oda gazı temizleme prosedürleri (adım 7.1-7.14) de toksik gazlardan kaynaklanan tehlikeyi azaltmak için uygun şekilde yapılmalıdır. Zehirli gazlar, LIB termal kaçağı sırasında havalandırma gazının sadece küçük bir kısmını oluşturabilir. Bununla birlikte, bazı toksik gazların çok dü...

Son birkaç on yılda, lityum-iyon piller (LIB'ler) popülerlik kazanmış ve muazzam teknolojik gelişmelerden yararlanmıştır. Çeşitli avantajlar (örneğin, yüksek enerji yoğunluğu, düşük bakım, düşük kendi kendine deşarj ve şarj süreleri ve uzun kullanım ömrü) nedeniyle, LIB umut verici bir enerji depolama teknolojisi olarak kabul edilmiştir ve büyük enerji depolama sistemleri (ESS'ler), elektrikli araçlar (EV'ler) ve taşınabilir elektronik cihazlar gibi çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. LIB hücrelerine yönelik küresel talebin 2020'de 725 GWh'den 2030'da 1.500 GWh'ye iki katına çıkması beklenirken, son yıllarda LIB'lerle ilgili yangın ve patlamalarda önemli bir artış olmuştur2. Bu kazalar, LIB'lerle ilişkili yüksek riskleri göstermekte ve büyük ölçekli kullanımlarıyla ilgili endişeleri artırmaktadır. Bu endişeleri hafifletmek için, yangınlara yol açan LIB termal kaçak süreci hakkında kapsamlı bir anlayış kazanmak çok önemlidir.
Önceki kazalar, hücre elektrokimyası anormal çalışma koşullarında (harici kısa devre, hızlı boşalma, aşırı şarj ve fiziksel hasar gibi) aşırı ısınma nedeniyle veya üretim hataları ve kötü tasarımnedeniyle bozulduğunda LIB hücrelerinin başarısız olduğunu ortaya koymuştur 2,3,4. Bu olaylar, elektrot malzemeleri ve elektrolitler arasında oldukça ekzotermik kimyasal reaksiyonları uyaran katı-elektrolit arayüzünün (SEI) ayrışmasına yol açar. Bu reaksiyonlarda üretilen ısı, dağılmakta olan ısıyı aştığında, termal kaçak olarak da bilinen hücrelerin hızlı bir şekilde kendi kendine ısınmasına neden olur. Dahili sıcaklık ve basınç, biriken basınç pilin kopmasına ve yanıcı, toksik gazları yüksek hızda serbest bırakmasına neden olana kadar yükselmeye devam edebilir. Çok hücreli bir pil konfigürasyonunda, tek bir hücredeki termal kaçak, kontrol edilmezse, diğer hücrelere termal kaçak yayılımına ve özellikle sınırlı havalandırmaya sahip kapalı alanlarda, felaket seviyelerinde yangın ve patlama olaylarına yol açabilir. Bu, insan güvenliği ve yapıları için önemli tehditler oluşturmaktadır.
Son birkaç on yılda, LIB'lerin batarya içindeki organik elektrolitlerin yanmasına ve farklı ısıtma koşulları altında yanıcı gazların salınmasına yol açan termal kaçak reaksiyonlarını araştırmak için bir dizi çalışma yapılmıştır 2,5,6,7,8,9,10,11,12. Örneğin, Jhu ve ark.10, yüklü silindirik LIB'lerin adyabatik kalorimetre kullanan yüksüz olanlara kıyasla tehlikeli doğasını göstermiştir. Diğer birçok çalışma, LIB'lerin farklı şarj durumlarındaki (SOC'ler) termal kaçak davranışlarına odaklanmıştır. Örneğin, Joshi ve ark.13, farklı SOC'lerde çeşitli ticari LIB türlerinin (silindirik ve kese) termal kaçağını araştırdı. Daha yüksek SOC'lerdeki hücrelerin, düşük SOC'lerdekilere kıyasla termal kaçak geçirme şansının daha yüksek olduğu fark edildi. Ek olarak, bir termal kaçağın meydana gelmesi için minimum SOC, hücre formatlarına ve kimyasallara göre değişmiştir. Roth ve ark.11, silindirik LIB'leri hızlanan bir kalorimetre (ARC) içinde test etmiş ve SOC arttıkça, termal kaçağın başlangıç sıcaklığının azaldığını ve hızlanma oranının arttığını gözlemlemiştir. Golubkov ve ark.12 özel olarak tasarlanmış bir test standı geliştirdiler ve silindirik LIB'lerin maksimum yüzey sıcaklığının 850 ° C'ye kadar çıkabileceğini gösterdiler. Ribière ve ark.14, torba LIB'lerinin yangına bağlı tehlikelerini araştırmak için bir yangın yayılma aparatı kullandılar ve ısı salınım hızının (HRR) ve toksik gaz üretiminin hücre SOC'si ile önemli ölçüde değiştiğini fark ettiler. Chen ve ark.15, farklı SOC'lerde iki farklı 18650 LIB'nin (LiCoO2 ve LiFePO4) yangın davranışlarını inceledi. özel yapım bir yerinde kalorimetre kullanarak. HRR, kütle kaybı ve maksimum yüzey sıcaklığının SOC ile arttığı bulunmuştur. Ayrıca, tam yüklü bir lityum kobalt oksit (LiCoO 2) katot 18650 hücresi için patlama riskinin, bir lityum demir fosfat (LiFePO2) katot 18650 hücresine kıyasla daha yüksek olduğu gösterilmiştir. Fu ve ark.16 ve Quang ve ark.17, bir koni kalorimetresi kullanarak LIB'ler (% 0 -% 100 SOC'lerde) üzerinde yangın deneyleri yaptılar. Daha yüksek bir SOC'deki LIB'lerin, daha kısa tutuşma ve patlama süreleri, daha yüksek HRR, daha yüksek yüzey sıcaklığı ve daha yüksek CO ve CO2 emisyonları nedeniyle daha yüksek yangın tehlikelerine neden olduğu gözlenmiştir.
Özetlemek gerekirse, farklı kalorimetreler18,19 (ARC, adyabatik kalorimetri, C80 kalorimetrisi ve modifiye bomba kalorimetrisi) kullanan önceki çalışmalar, LIB termal kaçak ve yangınlarla ilişkili elektrokimyasal ve termal süreçler (örneğin, HRR, havalandırılan gazların bileşimleri) ve bunların SOC, pil kimyası ve olay ısı akışı 2,3'e bağımlılıkları hakkında bol miktarda veri sağlamıştır. 7,20. Bununla birlikte, bu yöntemlerin çoğu başlangıçta geleneksel katı yanıcılar (örneğin, selüloz numuneleri, plastik) için tasarlanmıştır ve LIB yangınlarına uygulandığında sınırlı bilgi sağlar. Önceki bazı testler HRR'yi ve kimyasal reaksiyonlardan üretilen toplam enerjiyi ölçerken, termal kaçak yangınların kinetik yönleri tam olarak ele alınmamıştır.
Termal kaçak sırasındaki tehlikelerin ciddiyeti esas olarak salınan gazların doğasına ve bileşimine bağlıdır 2,5. Bu nedenle, salınan gazları, havalandırma oranını ve SOC'ye bağımlılıklarını karakterize etmek önemlidir. Önceki bazı çalışmalar, inert bir ortamda (örneğin, azot veya argonda) LIB termal kaçağının havalandırma gazı bileşimlerini ölçtü 12,21,22; termal kaçak sırasında yangın bileşeni hariç tutuldu. Ek olarak, bu ölçümler çoğunlukla deney sonrası (in situ yerine) gerçekleştirildi. Termal kaçak sırasında ve sonrasında havalandırma gazı bileşiminin evrimi, özellikle yangınlar ve toksik gazlar içerenler, yeterince araştırılmamıştır.
Termal kaçağın akünün elektrokimyasını bozduğu ve hücre voltajını ve sıcaklığını etkilediği bilinmektedir. Bu nedenle, LIB'nin termal kaçak sürecini karakterize etmek için kapsamlı bir test, sıcaklık, kütle, voltaj ve havalandırılan gazların (oran ve bileşim) eşzamanlı ölçümünü sağlamalıdır. Bu, önceki çalışmalarda tek bir kurulumda başarılamamıştır. Bu çalışmada, LIB hücrelerinin termal kaçağı sırasında ve sonrasında hücre bilgileri, gaz bileşimleri ve yangın özellikleri hakkında zamana bağlı verileri toplamak için yeni bir cihaz ve test protokolü geliştirilmiştir23. Test cihazı Şekil 1A'da gösterilmiştir. Termal kaçak olayını sınırlamak için büyük (~ 600 L) bir çevre odası kullanılır. Oda, odadaki basınç artışını önlemek için bir basınç tahliye valfi (0,5 psig'de ayarlanmış bir gösterge basıncı ile) ile donatılmıştır. Test boyunca yerinde gaz örneklemesi için bir Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) gaz analizörü odaya bağlanır. 21 gaz türünü tespit eder (H 2 O, CO 2, CO, NO,NO 2, N 2 O, SO 2, HCl, HCN, HBr, HF, NH 3, C 2 H 4, C 2 H 6, C3H8, C 6 H14, CH 4, HCHO, C 6 H 6O, C3H 4O ve COF 2). FTIR örnekleme hızı 0,25 Hz'dir. Ek olarak,H2 konsantrasyonunu kaydetmek için FTIR örnekleme portunun yakınındaki odanın içine bağımsız bir hidrojen sensörü monte edilmiştir. Hazne egzoz hattına iki pompa (1,3 cfm kimyasal maddelere dayanıklı diyaframlı pompa ve 0,5 hp vakum pompası) monte edilmiştir. Her deneyden sonra, oda gazını filtrelemek ve doğrudan bina egzoz hattına pompalamak için bir oda temizleme prosedürü izlenir.
Her deneyde, hücre odanın içine bir numune tutucuda yerleştirilir (Şekil 1B). Termal kaçak, 10 °C / dak sabit bir ısıtma hızında orantılı-integral-türev (PID) kontrollü bir elektrikli ısıtma bandı tarafından tetiklenir. Hücre yüzey sıcaklıkları, termokupllar tarafından hücrenin uzunluğu boyunca üç farklı yerde kaydedilir. Hücrenin kütle kaybı bir kütle dengesi ile ölçülür. Oda basıncı bir basınç transdüseri ile izlenir. Hücre voltajı ve ısıtma bandına güç girişi (voltaj ve akım) da kaydedilir. Tüm sensör okumaları (termokupllar, kütle kaybı, hücre voltajı, ısıtma bandı akımı ve voltaj) özel bir veri toplama programı tarafından 2 Hz hızında toplanır. Son olarak, deneylerin tüm sürecini iki farklı açıdan kaydetmek için iki video kamera (1920 piksel x 1080 piksel çözünürlük) kullanılır.
Bu yeni test yönteminin geliştirilmesinin amacı iki yönlüdür: 1) LIB termal kaçağı ile ilişkili duman ve yangın davranışlarını karakterize etmek ve 2) batarya yangınları için yüksek geçerliliğe sahip sayısal modellerin geliştirilmesini sağlayan zamana bağlı deneysel veriler sağlamak. Uzun vadeli hedef, termal kaçağın bir pil paketindeki hücreler arasında nasıl yayıldığını ve tek hücrelerden çok hücreli pillere geçerken bir pil yangınının nasıl ölçeklendiğini anlamayı ilerletmektir. Sonuçta, bu, LIB'lerin güvenli bir şekilde depolanması ve taşınması için kılavuzların ve protokollerin geliştirilmesine yardımcı olacaktır.

<table><tbody><tr><td>Denge A</td><td>& D</td><td>EJ-6100</td><td></td></tr><tr><td>Karbon filtre</td><td>Whatman</td><td>WHA67041500</td><td></td></tr><tr><td>Akım dönüştürücü</td><td>NK Technologies</td><td>AT1-010-000-FT</td><td></td></tr><tr><td>Ön kamera</td><td>Sony</td><td>FDR-AX53</td><td></td></tr><tr><td>FTIR gaz analizörü</td><td>Yangın Test Teknolojisi</td><td>Protea atmosFIR AFS-A-15</td><td></td></tr><tr><td>Isıtma bandı (1.00" x 2.00")</td> <td>Birk Manufacturing, Inc.</td><td>BK3512-19.6-L24-03</td><td></td></tr><tr><td>Yüksek sıcaklığa dayanıklı bant</td><td>Kapton</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hidrojen sensörü</td><td>Amphenol</td><td>AX220135</td><td></td></tr><tr><td>K tipi, termokupl</td><td>Omega</td><td>KMQSS-020U-12</td><td></td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>Ulusal Aletler</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NI-9213</td><td>Ulusal Aletler</td><td>NI-9213</td><td></td></tr><tr><td>NI-9219</td><td>Ulusal Aletler</td><td>NI-9219</td><td></td></tr><tr><td>NI-cDAQ-9174</td><td>Ulusal Aletler</td><td>NI-cDAQ-9174</td><td></td></tr><tr><td>NI-USB-6009</td><td>Ulusal Aletler</td><td>NI-USB-6009</td><td></td></tr><tr><td>PID kontrol cihazı</td><td>Omega</td><td>CN8200</td><td></td></tr><tr><td>PILOT5000 Kimyasallara Dayanıklı Diyaframlı Vakum Pompası</td><td>Laboratuvar Deposu</td><td></td><td></td>TLD5000</tr><tr><td>Basınç tahliye vanası</td><td>Straval</td><td>RVL20-10T-N4675</td><td></td></tr><tr><td>Basınç Transmitteri</td><td>Keller</td><td>0308.01601.081303.02</td><td></td></tr><tr><td>Saf Nikel Şerit (0.1x5x100mm %99.6 Nikel)</td><td>ABD Katı Ürün</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Maskesi</td><td>McMaster</td><td>55865T52</td><td></td></tr><tr><td>Solunum Kartuşu</td><td>Honeywell&nbsp;</td><td>75Scp100L</td><td></td></tr><tr><td>Döner kanatlı vakum pompası (0,5 hp)</td><td>Alcatel</td><td>Pascal 2010</td><td></td></tr><tr><td>Yan kamera</td><td>Sony</td><td>HDR-CX110</td><td></td></tr><tr><td>Punta Kaynak Makinesi</td><td>SUNKKO</td><td>737G+</td><td></td></tr><tr><td>TeamViewer</td><td>TeamViewer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gerilim dönüştürücü</td><td>CR Magnetics Inc.</td><td>CR4510-50</td><td></td></tr></tbody></table> Serisi

in situ bir çevre odası kullanarak termal kaçak sırasında lityum-iyon hücrelerin gaz analizi ve yangın karakterizasyonu

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

Lityum-iyon pil (LIB) hücrelerinin termal kaçağı sırasında ve sonrasında gaz bileşimleri ve yangın özellikleri hakkında zamana göre çözümlenmiş verileri toplamak için deneysel bir cihaz ve standart bir çalışma prosedürü (SOP) geliştirilmiştir. 18650 silindirik bir hücre, her deneyden önce istenen bir yük durumuna (SOC; % 30,% 50,% 75 ve% 100) şartlandırılır. Şartlandırılmış hücre, bir çevre odasında (hacim: ~ 600 L) sabit bir ısıtma hızında (10 ° C / dak) bir elektrikli ısıtma bandı tarafından termal bir kaçağa zorlanır. Oda, gerçek zamanlı konsantrasyon ölçümleri için bir Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) gaz analizörüne bağlanır. Hücre havalandırması, termal kaçak ve sonraki yazma işlemi gibi önemli olayları kaydetmek için iki video kamera kullanılır. Hücrenin yüzey sıcaklığı, kütle kaybı ve voltaj gibi koşulları da kaydedilir. Elde edilen verilerle, hücre psödo-özellikleri, havalandırma gazı bileşimleri ve havalandırma kütle hızı, hücre sıcaklığının ve hücre SOC'sinin fonksiyonları olarak çıkarılabilir. Test prosedürü tek bir silindirik hücre için geliştirilirken, farklı hücre formatlarını test etmek ve birden fazla hücre arasındaki yangın yayılımını incelemek için kolayca genişletilebilir. Toplanan deneysel veriler, LIB yangınları için sayısal modellerin geliştirilmesinde de kullanılabilir.

Yangınlı ve yangınsız tipik termal kaçak süreçlerini temsil eden videolar sırasıyla Ek Dosya 1 ve Ek Dosya 2'ye dahil edilmiştir. Önemli olaylar Şekil 5'te gösterilmiştir. Hücre sıcaklığı arttıkça (~ 110-130 ° C'ye), hücre şişmeye başlar, bu da iç basıncın biriktiğini gösterir (elektrolitlerin buharlaşması ve hücreiçindeki gazların termal genleşmesinden kaynaklanır 2). Bunu havalandırma portunun açılması ve havalandırma gazının serbes...

Burada, lityum-iyon hücrelerdeki termal kaçak ve yangınları, bir çevre odasındaki çeşitli parametrelerin yerinde ölçümleri yoluyla karakterize etmek için geliştirilen bir test prosedürünü açıklıyoruz.

In Situ Bir çevre odası kullanarak termal kaçak sırasında lityum-iyon hücrelerin gaz analizi ve yangın karakterizasyonu

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

Lityum-iyon pillerdeki termal kaçak, çeşitli nedenlerden dolayı ortaya çıkar ve bu da çok farklı en kötü durum sonuçlarına neden olabilir. Bu yöntemde, tek bir hücrede felaket tehlikesini simüle etmeye çalışıyoruz ve protokolün, oluşturmak istediğimiz tehlike türünün simülasyonu için sonuçlarda tutarlılık sağladığı gösterilmiştir. Bu test prosedürünün temel avantajı, tek bir testte çeşitli parametreleri yerinde ölçmesidir.Zaman sonucu verileri, lityum-iyon pilin geçici olayını, termal kaçak ve yangınları kapsamlı bir şekilde karakterize eder. Bu deney, birçok sensörden, FDIR'den ve video kaydından veri toplamanın senkronizasyonunu gerektirir. Operatör, birden fazla cihazı adım adım doğru bir şekilde çalıştırmak için standart çalışma prosedürünü izlemelidir.Bu, tutarlı sonuçlarla ve personel ve cihazlar için potansiyel tehlikeler olmadan deneylerin başarısını sağlar. Prosedürü gösteren, PD öğrencisi Puşkal Kannan ve laboratuvarımdan doktora sonrası araştırmacı Dr. Ankit Sharma olacak. Başlamak için, filtre valfi ünitesine yeni veya temiz bir filtre takın.Gaz analizörüne bağlı azot silindirinin valfini açın ve azot akış hızını dakikada 150 ila 250 santimetreküp olarak ayarlayın. Bir hücre hazırlığı ile, hücrenin başlangıç voltajını ve kütlesini 0.01 gram hassasiyetle ölçün ve bunları deney kayıt kağıdına kaydedin. Hücrenin ortasına bir ısıtma bandı takın.Isıtma bandı tellerinin hücrenin negatif tarafına doğru işaret ettiğinden emin olun. Bantla hücrenin resmini çekin. Hücre yüzeyine, biri pozitif terminalin yakınında, biri ortada ve biri de yüksek sıcaklığa dayanıklı bant kullanarak hücrenin negatif terminalinin yakınında altta olmak üzere üç termokupl takın.Isıtma hızını orantılı integral türev veya PID ile kontrol etmek için pozitif terminalin yakınındaki termokuplları kullanın. Her üç termokupl da ısıtma bandının kenarından beş milimetre uzağa yerleştirilmelidir. Isıtma bandından uzaklığı doğrulamak için hücrenin resmini cetvelle çekin.Hücre voltajı ölçümü için hücrenin pozitif ve negatif terminallerine nikel tırnaklarını spot kaynak yapın, ardından hücreyi hücre tutucusuna yükleyin. Hücreyi ve hücre tutucuyu odadaki kütle dengesine yerleştirin. Termokupl konektörlerini, ısıtma bandını ve nikel tırnaklarını hazne besleme tapalarına ve tellerine bağlayın.Isıtma bandı için PID kontrol cihazını açın ve ısıtma profilini ayarlayın. PID denetleyicisi, veri toplama ve kütle dengesi kablolarını bir dizüstü bilgisayara bağlayın ve dizüstü bilgisayarda veri toplama programını başlatın. Veri toplama programında gösterilen tüm sensör okumalarının makul olduğundan emin olun.Ölçümleri kontrol ettikten sonra veri toplama programını kapatın. Ön ve yan görünümlü video kamera ayarlarını, manuel beyaz dengesini, manuel netlemeyi, otomatik pozlamayı, otomatik irisi ve otomatik enstantane hızını ayarlayın. Video kameranın pilinin dolu olduğundan emin olun.Ön görüş video kamerasını odanın dışındaki bir tripoda yerleştirin, yandan görünümlü video kamerada kayıt yapmaya başlayın ve haznedeki bir koruma kutusunun içine yerleştirin. Yandan görünümlü video kamera açısını ve görünümünü kontrol ettikten sonra koruma kutusunu kilitleyin. Odayı kapatın ve kapak plakalarındaki tüm vidaların sıkıca tutturulduğundan emin olun.Sızıntı kontrolü yapmak için vakum veya diyafram pompasını kullanın ve FTIR girişini ortam havasından odaya değiştirin. Ardından FTIR dönüş hattını odaya bağlayın. PID kontrol cihazını rampa ıslatma moduna ayarlayın ve odadaki ışığı ve odadaki LED ışığını kapatın.Önden görünümlü video kamera kaydını başlatın ve ardından veri toplama ve video kaydını senkronize etmek için aşağıdaki başlatma işlemini kaydedin. Dizüstü bilgisayarda veri kaydını ve veri toplama programını başlatın. Veri toplama programı zamanlayıcısında PID rampa ıslatma modunu 10 saniyede başlatın, oda LED ışığını açın ve FTIR kaydını başlatın.Önden görünümlü video kamerayı tripod üzerine yerleştirin ve denemeyi kaydetmeye devam edin. Farklı bir odaya geçin ve uzaktan kumandalı bir masaüstü programı aracılığıyla dizüstü bilgisayardaki veri toplama panelini izlemeye devam edin. Termal kaçak meydana geldiğinde veya PID denetleyicisi hücre sıcaklığını 60 dakika boyunca 200 santigrat derecede tuttuktan sonra, ısıtma bandına giden gücü kapatın ve PID denetleyicisini bekleme moduna ayarlayın.Üç termokupl okumasının tümü 40 santigrat derecenin altına düştüğünde deneyi ve veri kaydını sonlandırın. Analizördeki tüpü yaklaşık 15 dakika temizlemek için FTIR gaz analizörünü azotla boşaltın. Temizleme işleminden sonra FTIR ölçümünü durdurun.Oda temizleme vakumlama prosedüründen önce, FTIR numune alma giriş hattının kapalı veya ortam havasına açık olup olmadığını kontrol edin. Protea Analizör Yazılımı veya PAS-Pro Yazılımı üzerinde ortam havasını seçin veya FTIR'ı tamamen kapatın. Kimyasal maddelere dayanıklı diyaframlı pompayı kullanarak odayı kısmen vakumlamaya hazırlanmak için bir valfi açın ve oda basıncı mutlak inç kare başına 9,7 pound'a düşene kadar diyafram pompasını çalıştırın.Diyaframlı pompayı kapatın ve birinci valfi kapatın, ardından odayı ortam havasıyla doldurmak için üçüncü valfi açın. Oda basıncı ortam basıncına geri döndüğünde valfi üçüncü kapatın. Odayı diyaframlı pompa ile kısmen vakumlayarak toksik gazların konsantrasyonunu düşürdükten sonra, geri kalan toksik gazları gidermek için oda basıncı mutlak inç kare başına 4,7 pound'a düşene kadar döner damarlı bir pompa çalıştırın.Odayı açın ve video kamerayı ve hücreyi alın. Hücreyi hücre tutucusundan çıkarmadan önce, sırasında ve çıkardıktan sonra fotoğraf çekin. Hücreyi tartın ve hücrenin test sonrası kütlesini kaydedin.Son olarak, toplanan verileri sonradan işleyin ve tüm ölçümlerin zaman evrimini görselleştirmek için grafikler oluşturun. 18650 silindirik bir hücre için %75 yük durumunda elde edilen hücre sıcaklığı ve kütle kaybı verileri bu şekilde gösterilmiştir. Kütle kaybı, biri hücre havalandırması sırasında, diğeri termal kaçak sırasında olmak üzere iki ayrı gaz salınım periyodunu gösterir.Başlıca hidrokarbon ve toksik gaz türlerinin konsantrasyonları burada gösterilmiştir. Isıtma bandına verilen kaydedilen akım ve voltaj, hücreye güç girişini hesaplamak için kullanılabilir. Isıtma bandına sağlanan voltaj ve akım ve ısıtma bandına sağlanan hesaplanan enerji ve güç için temsili veriler burada sunulmaktadır.Buradaki en önemli faktör, her deney sırasında ve sonrasında güvenliği sağlamaktır. Deney, test hücresinin harici kısa devresini önlemelidir. Ve diğer kritik faktörler, hücre SoC'sinin ve ısıtma hızlarının testten önce doğru olduğunun doğrulandığını doğrulamaktadır.Zehirli gazların egzozunu sınırlamak için odayı tamamen kapatmak ve gazları güvenli bir şekilde çıkarmak için temizleme prosedürünü tam olarak takip etmek de çok önemlidir. Test prosedürü, farklı hücre formatlarında ve modüllerinde yangın uygulamasını incelemek için genişletilebilir ve çok hücreli pillerde termal kaçak ve pil yangını ölçeklendirme anlayışımızı geliştirebilir. Bu test prosedüründe toplanan kapsamlı zaman sonucu verileri, lityum-iyon pillerin gelecekteki modellerinin ve teorilerinin geliştirilmesini sağlar.Ayrıca, pil yangınının nasıl ölçeklendiğini anlamaya yardımcı olacaktır.

in-situ-gas-analysis-fire-characterization-lithium-ion-cells-during

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Burada, fosfonyum bazlı iyonik sıvı ve lityum bis (triflorometan) sülfonimid tuz elektrolitleri hazırlamak ve yanıcı olmayan ve yüksek sıcaklıkta çalışan bir lityum iyon düğme pil monte etmek için protokolleri açıklıyoruz.

İyonik Sıvı Bazlı Elektrolitlerin Sentezi Li-ion Piller, Meclis ve Yüksek Sıcaklığında Performans Ölçümleri

Bu çalışma, termal kaçak (TR) geçiren Li-ion pil katot ve anot malzemelerinin reaksiyon kinetiğini belirlemeyi amaçlamaktadır. Eşzamanlı Termal Analiz (STA) / Fourier Dönüşümü Kızılötesi (FTIR) spektrometresi / Gaz Kromatografisi Kütle Spektrometresi (GC-MS), termal olayları ortaya çıkarmak ve evrimleşmiş gazları tespit etmek için kullanıldı.

lityum-iyon pillerde ayrışma mekanizmalarının tanımlanması ve miktarının belirlenmesi; Termal Kaçağın Modellenmesi için Isı Akışı Simülasyonuna Giriş

Lityum iyon pillerin sikke hücreleri oluşturmak ve test etmek için bir protokol tanımlanmıştır. , Bir çalışan elektrot, bir karşı elektrot hale hazırlanması, bir glovebox içindeki bir hücre montajı ve hücre test prosedürleri spesifik sunulmaktadır.

İnşaat ve Lityum İyon pillerin Coin Hücre Testi

Biz Sinkrotron X-ışını soğurma spektroskopisi (XAS) ve X-ışını kırınımı Li-ion ve Na-ion piller için elektrot malzemeleri intercalation / deintercalation süreçlerin detaylarını prob (XRD) teknikleri kullanımını tanımlamak. In situ ve ex-situ deneyler cihazların çalışması için gerekli yapısal davranışını anlamak için kullanılır hem de...

Sinkrotron Radyasyon Teknikleri Kullanarak Lityum İyon ve Sodyum iyon piller için elektrot Malzemelerin Karakterizasyonu

TET (geçici elektro-termal) tekniği katı maddelerin termal yayılma ölçmek amacıyla geliştirilmiş bir etkili bir yaklaşımdır.

Tek boyutlu Katı Malzemelerin Termal Ulaştırma Karakterizasyonu

In situ nötron toz difraksiyonu (NPD) kullanılan elektrot maddelerinden incelenmesi için bir elektrokimyasal hücre tasarımı ve yapımı tarif etmektedir. Biz kısaca yerinde NPD hücre tasarımları alternatif yorumlamak ve bu hücre kullanılarak üretilen yerinde NPD verilerine karşılık gelen analiz yöntemlerini tartışmak.

Yerinde Nötron Toz Kırınım olarak Ismarlama Lityum-iyon Piller kullanma

Susuz elektrot işleme, madeni para hücrelerinin yapımında ve lityum iyon piller için yeni elektrot kimyalarının değerlendirilmesinde merkezi bir öneme sahiptir. Akademik bir deney ortamında pillerle çalışan bir elektrokimya mühendisi olarak ihtiyaç duyulan temel uygulamalara adım adım bir kılavuz sunulmaktadır.

Lityum-ion Coin Hücrelerinin Susuz Elektrot İşleme ve İnşaat

Burada, bir mini-slot kalıp kaplayıcı ve sinkrotron saçılma teknikleri kullanılarak ilgili in-line yapı karakterizasyonu kullanarak organik ince film güneş pilleri imal etmek bir protokol mevcut.

Toplu Heterojonksiyonlar Solar Hücre Baskı İmalatı ve In Situ Morfoloji Karakterizasyonu

Sabit laminer sınır tabakası difüzyon alevlerinde yerel sıcaklık gradyanlarını tahmin etmek için mikro termokuplların kullanımını açıklıyoruz. Reynolds Analojisinin bir uzantısı olarak, yerel sıcaklık gradyanları, bu tür alevlerdeki yerel kütle yanma oranlarını ve ısı akışlarını yüksek doğrulukla tahmin etmek için daha fazla kullanılabilir.

Sabit Laminer Sınır Tabaka Difüzyon Flames Yerel Isı eriticiler ve Yazma Oranları Tahmini Deneysel Metodoloji

Bir odaklı iyon ışını kullanarak mamüllerinin active LiPON tabanlı katı hal lityum nanobatteries imalatı için bir protokol sunulmuştur.

LiPON tabanlı katı hal lityum-iyon Nanobatteries in Situ test etmek için odaklı iyon kiriş imalatı

Öğrenin, lityum-iyon hücrelerde termal kaçak ve yangın olaylarını in situ ölçümlerle karakterize etme yöntemini. Bu protokol, tek bir testte çoklu sensör senkronizasyonu ve FDIR kullanarak tutarlı sonuçlar sağlar.

In Situ Bir çevre odası kullanarak termal kaçak sırasında lityum-iyon hücrelerin gaz analizi ve yangın karakterizasyonu

Daha fazla video keşfet