లిథియం అయాన్ బ్యాటరీల థర్మల్ రన్‌అవేని ఎలా నియంత్రించాలి

1. ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్

ఎలక్ట్రోలైట్ జ్వాల రిటార్డెంట్లు బ్యాటరీల థర్మల్ రన్‌అవే ప్రమాదాన్ని తగ్గించడానికి చాలా ప్రభావవంతమైన మార్గం, అయితే ఈ జ్వాల రిటార్డెంట్లు తరచుగా లిథియం అయాన్ బ్యాటరీల ఎలక్ట్రోకెమికల్ పనితీరుపై తీవ్రమైన ప్రభావాన్ని చూపుతాయి, కాబట్టి ఆచరణలో ఉపయోగించడం కష్టం. ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి, యూనివర్శిటీ ఆఫ్ కాలిఫోర్నియా, శాన్ డియాగో, యుకియావో బృందం [1] క్యాప్సూల్ ప్యాకేజింగ్ పద్ధతిలో ఎలక్ట్రోలైట్‌లో చెల్లాచెదురుగా ఉన్న మైక్రో క్యాప్సూల్ లోపలి భాగంలో నిల్వ చేయబడిన రిటార్డెంట్ DbA (డిబెంజైల్ అమైన్) ను మండిస్తుంది. సాధారణ సమయాలు లిథియం అయాన్ బ్యాటరీల పనితీరుపై ప్రభావం చూపవు, అయితే ఎక్స్‌ట్రాషన్ వంటి బాహ్య శక్తి ద్వారా కణాలు నాశనమైనప్పుడు, ఈ క్యాప్సూల్స్‌లోని ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్లు విడుదల చేయబడతాయి, బ్యాటరీని విషపూరితం చేసి, విఫలమయ్యేలా చేస్తుంది, తద్వారా దానిని హెచ్చరిస్తుంది. థర్మల్ రన్అవేకి. 2018లో, యుకియావో బృందం [2] పై సాంకేతికతను మళ్లీ ఉపయోగించారు, ఇథిలీన్ గ్లైకాల్ మరియు ఇథిలెనెడియమైన్‌లను ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్‌లుగా ఉపయోగించారు, వీటిని లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలోకి చేర్చారు మరియు చొప్పించారు, ఫలితంగా లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ గరిష్ట ఉష్ణోగ్రత 70% తగ్గుతుంది. పిన్ పిన్ పరీక్ష, లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ యొక్క ఉష్ణ నియంత్రణ ప్రమాదాన్ని గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది.

పైన పేర్కొన్న పద్ధతులు స్వీయ-విధ్వంసం, అంటే జ్వాల రిటార్డెంట్‌ను ఒకసారి ఉపయోగించినట్లయితే, మొత్తం లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ నాశనం అవుతుంది. అయినప్పటికీ, జపాన్‌లోని టోక్యో విశ్వవిద్యాలయంలో AtsuoYamada బృందం [3] లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల పనితీరును ప్రభావితం చేయని జ్వాల నిరోధక ఎలక్ట్రోలైట్‌ను అభివృద్ధి చేసింది. ఈ ఎలక్ట్రోలైట్‌లో, NaN(SO2F)2(NaFSA)orLiN(SO2F)2(LiFSA) యొక్క అధిక సాంద్రత లిథియం ఉప్పుగా ఉపయోగించబడింది మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌కి ఒక సాధారణ జ్వాల నిరోధక ట్రైమిథైల్ ఫాస్ఫేట్ TMP జోడించబడింది, ఇది ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని గణనీయంగా మెరుగుపరిచింది. లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ. ఇంకా ఏమిటంటే, జ్వాల రిటార్డెంట్ యొక్క జోడింపు లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ యొక్క సైకిల్ పనితీరును ప్రభావితం చేయలేదు. ఎలక్ట్రోలైట్‌ను 1000 కంటే ఎక్కువ చక్రాల కోసం ఉపయోగించవచ్చు (1200 C/5 సైకిల్స్, 95% సామర్థ్యం నిలుపుదల).

లిథియం అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్ లక్షణాలు సంకలితాల ద్వారా లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలను నియంత్రణలో లేకుండా వేడి చేయడానికి హెచ్చరించే మార్గాలలో ఒకటి. కొంతమంది వ్యక్తులు రూట్ నుండి బాహ్య శక్తుల వల్ల లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలలో షార్ట్ సర్క్యూట్ సంభవించడాన్ని హెచ్చరించడానికి ప్రయత్నించడానికి కొత్త మార్గాన్ని కనుగొంటారు, తద్వారా దిగువను తొలగించే ప్రయోజనాన్ని సాధించడానికి మరియు నియంత్రణ లేకుండా వేడిని పూర్తిగా తొలగించడానికి. వాడుకలో ఉన్న పవర్ లిథియం అయాన్ బ్యాటరీల యొక్క హింసాత్మక ప్రభావాన్ని దృష్టిలో ఉంచుకుని, యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లోని ఓక్ రిడ్జ్ నేషనల్ లాబొరేటరీకి చెందిన GabrielM.Veith షీర్ గట్టిపడే లక్షణాలతో ఒక ఎలక్ట్రోలైట్‌ను రూపొందించారు [4]. ఈ ఎలక్ట్రోలైట్ నాన్-న్యూటోనియన్ ద్రవాల లక్షణాలను ఉపయోగించుకుంటుంది. సాధారణ స్థితిలో, ఎలక్ట్రోలైట్ ద్రవంగా ఉంటుంది. అయితే, ఆకస్మిక ప్రభావాన్ని ఎదుర్కొన్నప్పుడు, అది ఘన స్థితిని ప్రదర్శిస్తుంది, చాలా బలంగా మారుతుంది మరియు బుల్లెట్ ప్రూఫ్ ప్రభావాన్ని కూడా సాధించగలదు. రూట్ నుండి, పవర్ లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ ఢీకొన్నప్పుడు బ్యాటరీలో షార్ట్ సర్క్యూట్ వల్ల థర్మల్ రన్‌అవే ప్రమాదాన్ని హెచ్చరిస్తుంది.

2. బ్యాటరీ నిర్మాణం

తరువాత, బ్యాటరీ కణాల స్థాయి నుండి థర్మల్ రన్అవేపై బ్రేక్లను ఎలా ఉంచాలో చూద్దాం. ప్రస్తుతం, లిథియం అయాన్ బ్యాటరీల నిర్మాణ రూపకల్పనలో థర్మల్ రన్‌అవే సమస్య పరిగణించబడుతుంది. ఉదాహరణకు, సాధారణంగా 18650 బ్యాటరీ టాప్ కవర్‌లో ప్రెజర్ రిలీఫ్ వాల్వ్ ఉంటుంది, ఇది థర్మల్ రన్‌అవే అయినప్పుడు బ్యాటరీ లోపల అధిక ఒత్తిడిని సకాలంలో విడుదల చేస్తుంది. రెండవది, బ్యాటరీ కవర్‌లో సానుకూల ఉష్ణోగ్రత గుణకం పదార్థం PTC ఉంటుంది. థర్మల్ రన్అవే ఉష్ణోగ్రత పెరిగినప్పుడు, కరెంట్‌ను తగ్గించడానికి మరియు ఉష్ణ ఉత్పత్తిని తగ్గించడానికి PTC పదార్థం యొక్క నిరోధకత గణనీయంగా పెరుగుతుంది. అదనంగా, సింగిల్ బ్యాటరీ యొక్క నిర్మాణం రూపకల్పనలో సానుకూల మరియు ప్రతికూల ధ్రువాల మధ్య యాంటీ-షార్ట్-సర్క్యూట్ డిజైన్‌ను కూడా పరిగణించాలి, తప్పుగా పని చేయడం, లోహపు అవశేషాలు మరియు బ్యాటరీ షార్ట్ సర్క్యూట్‌కు కారణమయ్యే ఇతర కారకాల వల్ల భద్రతా ప్రమాదాలకు కారణమవుతుంది.

బ్యాటరీలలో రెండవ రూపకల్పన చేసినప్పుడు, డయాఫ్రాగమ్ అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద మూడు-పొరల మిశ్రమం యొక్క ఆటోమేటిక్ క్లోజ్డ్ పోర్ వంటి మరింత సురక్షితమైన డయాఫ్రాగమ్‌ను ఉపయోగించాలి, అయితే ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, బ్యాటరీ శక్తి సాంద్రత మెరుగుపడటంతో, ఈ ధోరణిలో సన్నని డయాఫ్రాగమ్ మూడు-పొరల మిశ్రమ డయాఫ్రాగమ్ క్రమంగా వాడుకలో లేదు, డయాఫ్రాగమ్ యొక్క సిరామిక్ పూత, డయాఫ్రాగమ్ మద్దతు ప్రయోజనాలకు సిరామిక్ పూత, అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద డయాఫ్రాగమ్ యొక్క సంకోచాన్ని తగ్గించడం, లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ యొక్క ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరచడం మరియు ప్రమాదాన్ని తగ్గించడం లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ యొక్క థర్మల్ రన్అవే.

3. బ్యాటరీ ప్యాక్ థర్మల్ సేఫ్టీ డిజైన్

వాడుకలో, లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలు తరచుగా సిరీస్ మరియు సమాంతర కనెక్షన్ ద్వారా డజన్ల కొద్దీ, వందల లేదా వేల బ్యాటరీలతో కూడి ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, Tesla ModelS యొక్క బ్యాటరీ ప్యాక్ 7,000 కంటే ఎక్కువ 18650 బ్యాటరీలను కలిగి ఉంటుంది. బ్యాటరీలలో ఒకటి థర్మల్ నియంత్రణను కోల్పోతే, అది బ్యాటరీ ప్యాక్‌లో వ్యాపించి తీవ్రమైన పరిణామాలకు కారణం కావచ్చు. ఉదాహరణకు, జనవరి 2013లో, అమెరికాలోని బోస్టన్‌లో జపాన్ కంపెనీకి చెందిన బోయింగ్ 787 లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ మంటల్లో చిక్కుకుంది. నేషనల్ ట్రాన్స్‌పోర్టేషన్ సేఫ్టీ బోర్డ్ పరిశోధన ప్రకారం, బ్యాటరీ ప్యాక్‌లోని 75Ah స్క్వేర్ లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ ప్రక్కనే ఉన్న బ్యాటరీల థర్మల్ రన్‌వేకి కారణమైంది. సంఘటన తర్వాత, అనియంత్రిత ఉష్ణ వ్యాప్తిని నిరోధించడానికి అన్ని బ్యాటరీ ప్యాక్‌లను కొత్త చర్యలతో అమర్చాలని బోయింగ్ కోరింది.

లిథియం అయాన్ బ్యాటరీల లోపల థర్మల్ రన్‌అవే వ్యాప్తి చెందకుండా నిరోధించడానికి, ఆల్‌సెల్‌టెక్నాలజీ దశ మార్పు పదార్థాల ఆధారంగా లిథియం అయాన్ బ్యాటరీల కోసం థర్మల్ రన్‌అవే ఐసోలేషన్ మెటీరియల్ PCCని అభివృద్ధి చేసింది [5]. మోనోమర్ లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ మధ్య నిండిన పిసిసి మెటీరియల్, లిథియం అయాన్ బ్యాటరీ ప్యాక్ యొక్క సాధారణ పని విషయంలో, వేడిలో ఉన్న బ్యాటరీ ప్యాక్, లిథియం అయాన్‌లో థర్మల్ రన్‌అవే అయినప్పుడు, పిసిసి మెటీరియల్ ద్వారా త్వరగా బ్యాటరీ ప్యాక్ వెలుపలికి పంపబడుతుంది. బ్యాటరీలు, దాని అంతర్గత పారాఫిన్ మైనపు ద్రవీభవన ద్వారా PCC మెటీరియల్ చాలా వేడిని గ్రహిస్తుంది, బ్యాటరీ ఉష్ణోగ్రత మరింత పెరగకుండా నిరోధిస్తుంది, తద్వారా బ్యాటరీ ప్యాక్ అంతర్గత వ్యాప్తిలో నియంత్రణ లేకుండా వేడిగా ఉంటుంది. పిన్‌ప్రిక్ పరీక్షలో, పిసిసి మెటీరియల్‌ని ఉపయోగించకుండా 18650 బ్యాటరీ ప్యాక్‌ల 4 మరియు 10 స్ట్రింగ్‌లతో కూడిన బ్యాటరీ ప్యాక్‌లోని ఒక బ్యాటరీ యొక్క థర్మల్ రన్‌వే చివరికి బ్యాటరీ ప్యాక్‌లోని 20 బ్యాటరీల థర్మల్ రన్‌అవేకి కారణమైంది, అయితే ఒకదాని థర్మల్ రన్‌అవే PCC మెటీరియల్‌తో తయారు చేయబడిన బ్యాటరీ ప్యాక్‌లోని బ్యాటరీ ఇతర బ్యాటరీ ప్యాక్‌ల యొక్క థర్మల్ రన్‌అవేకి కారణం కాదు.