લિથિયમ આયન બેટરીના થર્મલ રનઅવેને કેવી રીતે નિયંત્રિત કરવું

1. ઇલેક્ટ્રોલાઇટની જ્યોત રેટાડન્ટ

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ફ્લેમ રિટાડન્ટ્સ બેટરીના થર્મલ રનઅવેના જોખમને ઘટાડવા માટે ખૂબ જ અસરકારક રીત છે, પરંતુ આ જ્યોત રિટાડન્ટ્સ ઘણીવાર લિથિયમ આયન બેટરીના ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રભાવ પર ગંભીર અસર કરે છે, તેથી વ્યવહારમાં તેનો ઉપયોગ કરવો મુશ્કેલ છે. આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે, યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, સાન ડિએગો, યુકિયાઓ ટીમ [1] કેપ્સ્યુલ પેકેજીંગની પદ્ધતિ સાથે માઇક્રો કેપ્સ્યુલના અંદરના ભાગમાં સંગ્રહિત જ્વાળા રીટાર્ડન્ટ ડીબીએ (ડિબેન્ઝાઇલ એમાઇન) ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં વિખેરી નાખશે. સામાન્ય સમય લિથિયમ આયન બેટરીના પ્રદર્શન પર અસર કરશે નહીં, પરંતુ જ્યારે એક્સટ્રુઝન જેવા બાહ્ય બળ દ્વારા કોષો નાશ પામે છે, ત્યારે આ કેપ્સ્યુલ્સમાં જ્યોત રિટાડન્ટ્સ છોડવામાં આવે છે, જે બેટરીને ઝેર આપે છે અને તેને નિષ્ફળ કરે છે, જેનાથી તે ચેતવણી આપે છે. થર્મલ ભાગેડુ માટે. 2018 માં, YuQiao ની ટીમે [2] ઉપરોક્ત તકનીકનો ફરીથી ઉપયોગ કર્યો, ઇથિલિન ગ્લાયકોલ અને ઇથિલેનેડિયામાઇનનો ફ્લેમ રિટાડન્ટ્સ તરીકે ઉપયોગ કર્યો, જે લિથિયમ આયન બેટરીમાં સમાવિષ્ટ અને દાખલ કરવામાં આવ્યા, પરિણામે લિથિયમ આયન બેટરીના મહત્તમ તાપમાનમાં 70% ઘટાડો થયો. પિન પિન ટેસ્ટ, લિથિયમ આયન બેટરીના થર્મલ કંટ્રોલના જોખમને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે.

ઉપરોક્ત ઉલ્લેખિત પદ્ધતિઓ સ્વ-વિનાશકારી છે, જેનો અર્થ છે કે એકવાર જ્યોત રેટાડન્ટનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, સમગ્ર લિથિયમ-આયન બેટરીનો નાશ થશે. જો કે, જાપાનની ટોક્યો યુનિવર્સિટીમાં અત્સુઓયામાદાની ટીમે [૩] જ્યોત પ્રતિરોધક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વિકસાવી છે જે લિથિયમ-આયન બેટરીના પ્રભાવને અસર કરશે નહીં. આ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં, NaN(SO2F)2(NaFSA) orLiN(SO2F)2(LiFSA) ની ઊંચી સાંદ્રતાનો ઉપયોગ લિથિયમ સોલ્ટ તરીકે કરવામાં આવ્યો હતો, અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં સામાન્ય જ્યોત રેટાડન્ટ ટ્રાઇમેથાઇલ ફોસ્ફેટ TMP ઉમેરવામાં આવ્યું હતું, જેણે થર્મલ સ્થિરતામાં નોંધપાત્ર સુધારો કર્યો હતો. લિથિયમ આયન બેટરીની. વધુ શું છે, જ્યોત રેટાડન્ટ ઉમેરવાથી લિથિયમ આયન બેટરીના ચક્ર પ્રદર્શનને અસર થતી નથી. ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઉપયોગ 1000 થી વધુ ચક્રો (1200 C/5 ચક્ર, 95% ક્ષમતા રીટેન્શન) માટે થઈ શકે છે.

એડિટિવ્સ દ્વારા લિથિયમ આયન બેટરીની ફ્લેમ રિટાડન્ટ લાક્ષણિકતાઓ એ લિથિયમ આયન બેટરીને નિયંત્રણની બહાર ગરમી માટે ચેતવણી આપવાની એક રીત છે. કેટલાક લોકો મૂળમાંથી બાહ્ય દળોને કારણે લિથિયમ આયન બેટરીમાં શોર્ટ સર્કિટની ઘટનાને ચેતવણી આપવાનો પ્રયાસ કરવા માટે એક નવી રીત પણ શોધે છે, જેથી તળિયાને દૂર કરવાનો હેતુ પ્રાપ્ત કરી શકાય અને ગરમીના નિયંત્રણની બહારની ઘટનાને સંપૂર્ણપણે દૂર કરી શકાય. ઉપયોગમાં લેવાતી પાવર લિથિયમ આયન બેટરીની સંભવિત હિંસક અસરને ધ્યાનમાં રાખીને, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં ઓક રિજ નેશનલ લેબોરેટરીના ગેબ્રિયલએમ.વેઇથે શીયર જાડું કરવાના ગુણો સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ડિઝાઇન કરી હતી [4]. આ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ બિન-ન્યુટોનિયન પ્રવાહીના ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરે છે. સામાન્ય સ્થિતિમાં, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પ્રવાહી છે. જો કે, જ્યારે અચાનક અસરનો સામનો કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે નક્કર સ્થિતિ રજૂ કરશે, અત્યંત મજબૂત બનશે અને બુલેટપ્રૂફની અસર પણ હાંસલ કરી શકશે. મૂળમાંથી, તે પાવર લિથિયમ આયન બેટરી અથડાતી વખતે બેટરીમાં શોર્ટ સર્કિટને કારણે થર્મલ રનઅવેના જોખમને ચેતવણી આપે છે.

2. બેટરી માળખું

આગળ, ચાલો જોઈએ કે બેટરી કોષોના સ્તરથી થર્મલ રનઅવે પર બ્રેક કેવી રીતે મૂકવી. હાલમાં, લિથિયમ આયન બેટરીની માળખાકીય ડિઝાઇનમાં થર્મલ રનઅવેની સમસ્યાને ધ્યાનમાં લેવામાં આવી છે. ઉદાહરણ તરીકે, સામાન્ય રીતે 18650 બેટરીના ઉપરના કવરમાં દબાણ રાહત વાલ્વ હોય છે, જે થર્મલ રનઅવે વખતે બેટરીની અંદરના વધુ પડતા દબાણને સમયસર મુક્ત કરી શકે છે. બીજું, બેટરી કવરમાં હકારાત્મક તાપમાન ગુણાંક સામગ્રી PTC હશે. જ્યારે થર્મલ રનઅવે તાપમાન વધે છે, ત્યારે પીટીસી સામગ્રીનો પ્રતિકાર નોંધપાત્ર રીતે વધશે જેથી વર્તમાન ઘટાડવા અને ગરમીનું ઉત્પાદન ઘટાડવામાં આવશે. વધુમાં, સિંગલ બેટરીના સ્ટ્રક્ચરની ડિઝાઇનમાં સકારાત્મક અને નકારાત્મક ધ્રુવો વચ્ચેની એન્ટિ-શોર્ટ-સર્કિટ ડિઝાઇનને પણ ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ, ખોટી કામગીરી, ધાતુના અવશેષો અને અન્ય પરિબળોને કારણે બેટરી શોર્ટ સર્કિટ, સલામતી અકસ્માતોનું કારણ બને છે.

જ્યારે બેટરીમાં બીજી ડિઝાઈન હોય, ત્યારે ડાયાફ્રેમનો વધુ સુરક્ષિત ઉપયોગ કરવો જોઈએ, જેમ કે ડાયાફ્રેમના ઊંચા તાપમાને થ્રી-લેયર કમ્પોઝીટના ઓટોમેટિક બંધ છિદ્ર, પરંતુ તાજેતરના વર્ષોમાં, બેટરીની ઉર્જા ઘનતામાં સુધારો થવા સાથે, પાતળા ડાયાફ્રેમના વલણ હેઠળ થ્રી-લેયર કમ્પોઝિટ ડાયાફ્રેમ ધીમે ધીમે અપ્રચલિત થઈ ગયું છે, ડાયાફ્રેમના સિરામિક કોટિંગ દ્વારા બદલાઈ ગયું છે, ડાયાફ્રેમ સપોર્ટ હેતુઓ માટે સિરામિક કોટિંગ, ઊંચા તાપમાને ડાયાફ્રેમનું સંકોચન ઘટાડે છે, લિથિયમ આયન બેટરીની થર્મલ સ્થિરતામાં સુધારો કરે છે અને જોખમ ઘટાડે છે. લિથિયમ આયન બેટરીનો થર્મલ રનઅવે.

3. બેટરી પેક થર્મલ સલામતી ડિઝાઇન

ઉપયોગમાં, લિથિયમ આયન બેટરી ઘણીવાર શ્રેણી અને સમાંતર જોડાણ દ્વારા ડઝનેક, સેંકડો અથવા તો હજારો બેટરીઓથી બનેલી હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, Tesla ModelS ના બેટરી પેકમાં 7,000 18650 થી વધુ બેટરીઓ છે. જો બેટરીમાંથી એક થર્મલ કંટ્રોલ ગુમાવે છે, તો તે બેટરી પેકમાં ફેલાઈ શકે છે અને ગંભીર પરિણામો લાવી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જાન્યુઆરી 2013 માં, એક જાપાની કંપનીના બોઇંગ 787 લિથિયમ આયન બેટરીમાં બોસ્ટન, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં આગ લાગી હતી. નેશનલ ટ્રાન્સપોર્ટેશન સેફ્ટી બોર્ડની તપાસ અનુસાર, બેટરી પેકમાં 75Ah ચોરસ લિથિયમ આયન બેટરીને કારણે નજીકની બેટરીઓનું થર્મલ ભાગી ગયું. ઘટના પછી, બોઇંગે અનિયંત્રિત થર્મલ ફેલાવાને રોકવા માટે તમામ બેટરી પેકને નવા પગલાંથી સજ્જ કરવાની જરૂર હતી.

લિથિયમ આયન બેટરીની અંદર થર્મલ રનઅવે ફેલાતા અટકાવવા માટે, ઓલસેલ ટેક્નોલોજીએ ફેઝ ચેન્જ મટિરિયલ્સ [5] પર આધારિત લિથિયમ આયન બેટરીઓ માટે થર્મલ રનઅવે આઇસોલેશન મટિરિયલ પીસીસી વિકસાવી છે. મોનોમર લિથિયમ આયન બેટરીની વચ્ચે ભરેલી પીસીસી સામગ્રી, લિથિયમ આયન બેટરી પેકના સામાન્ય કાર્યના કિસ્સામાં, ગરમીમાં બેટરી પેક પીસીસી સામગ્રીમાંથી ઝડપથી બેટરી પેકની બહાર સુધી પસાર થઈ શકે છે, જ્યારે લિથિયમ આયનમાં થર્મલ રનઅવે બેટરી, પીસીસી સામગ્રી તેના આંતરિક પેરાફિન મીણના ગલન દ્વારા ઘણી બધી ગરમીને શોષી લે છે, બેટરીના તાપમાનમાં વધુ વધારો થતો અટકાવે છે, આમ બેટરી પેકના આંતરિક પ્રસારમાં ગરમી નિયંત્રણ બહાર જવા માટે ચેતવણી આપે છે. પિનપ્રિક ટેસ્ટમાં, પીસીસી સામગ્રીનો ઉપયોગ કર્યા વિના 18650 બેટરી પેકની 4 અને 10 સ્ટ્રીંગ ધરાવતાં બેટરી પેકમાં એક બેટરીનો થર્મલ રનઅવે આખરે બેટરી પેકમાં 20 બેટરીનો થર્મલ ભાગી ગયો, જ્યારે એક બેટરીનો થર્મલ રનઅવે. પીસીસી સામગ્રીમાંથી બનેલા બેટરી પેકમાંની બેટરી અન્ય બેટરી પેકના થર્મલ ભાગી જવાનું કારણ બની ન હતી.