लिथियम-आयन बॅटरी थर्मल रनअवे आणि मटेरियल विश्लेषण

आज, विविध कार कंपन्या पॉवर बॅटरीमध्ये मोठ्या प्रमाणात लिथियम बॅटरी वापरत आहेत आणि उर्जेची घनता वाढत चालली आहे, परंतु लोक अजूनही पॉवर बॅटरीच्या सुरक्षिततेमुळे रंगलेले आहेत आणि बॅटरीच्या सुरक्षिततेसाठी हा एक चांगला उपाय नाही. थर्मल रनअवे हा पॉवर बॅटरी सुरक्षिततेचा मुख्य संशोधन विषय आहे आणि त्यावर लक्ष केंद्रित करणे योग्य आहे.

सर्वप्रथम, थर्मल रनअवे म्हणजे काय ते समजून घेऊया. थर्मल रनअवे ही विविध ट्रिगर्समुळे होणारी एक साखळी प्रतिक्रिया आहे, ज्यामुळे बॅटरीमधून थोड्याच वेळात मोठ्या प्रमाणात उष्णता आणि हानिकारक वायू उत्सर्जित होतात, ज्यामुळे बॅटरीला आग लागू शकते आणि गंभीर प्रकरणांमध्ये स्फोट देखील होऊ शकतो. थर्मल रनअवे होण्याची अनेक कारणे आहेत, जसे की जास्त गरम होणे, जास्त चार्जिंग, अंतर्गत शॉर्ट सर्किट, टक्कर इ. बॅटरी थर्मल रनअवे बहुतेकदा बॅटरी सेलमधील नकारात्मक SEI फिल्मच्या विघटनापासून सुरू होते, त्यानंतर डायाफ्रामचे विघटन आणि वितळणे, परिणामी नकारात्मक इलेक्ट्रोड आणि इलेक्ट्रोलाइट तयार होते, त्यानंतर सकारात्मक इलेक्ट्रोड आणि इलेक्ट्रोलाइट दोन्हीचे विघटन होते, अशा प्रकारे मोठ्या प्रमाणात अंतर्गत शॉर्ट सर्किट सुरू होते, ज्यामुळे इलेक्ट्रोलाइट जळते, जे नंतर इतर पेशींमध्ये पसरते, ज्यामुळे गंभीर थर्मल रनअवे होते आणि संपूर्ण बॅटरी पॅक उत्स्फूर्त ज्वलन निर्माण करू देते.

थर्मल रनअवेची कारणे अंतर्गत आणि बाह्य कारणांमध्ये विभागली जाऊ शकतात. अंतर्गत कारणे बहुतेकदा अंतर्गत शॉर्ट सर्किटमुळे असतात; बाह्य कारणे यांत्रिक गैरवापर, विद्युत गैरवापर, थर्मल गैरवापर इत्यादींमुळे असतात.

अंतर्गत शॉर्ट सर्किट, जो बॅटरीच्या पॉझिटिव्ह आणि निगेटिव्ह टर्मिनल्समधील थेट संपर्क असतो, तो संपर्काच्या प्रमाणात आणि त्यानंतरच्या प्रतिक्रियेत खूप बदलतो. सहसा यांत्रिक आणि थर्मल गैरवापरामुळे होणारे मोठे अंतर्गत शॉर्ट सर्किट थेट थर्मल रनअवेला चालना देते. याउलट, स्वतःहून विकसित होणारे अंतर्गत शॉर्ट सर्किट तुलनेने किरकोळ असतात आणि त्यामुळे निर्माण होणारी उष्णता इतकी लहान असते की ती लगेच थर्मल रनअवेला चालना देत नाही. अंतर्गत स्व-विकासात सामान्यतः उत्पादन दोष, बॅटरीच्या वृद्धत्वामुळे होणारे विविध गुणधर्मांचे बिघाड, जसे की वाढलेले अंतर्गत प्रतिकार, दीर्घकालीन सौम्य गैरवापरामुळे होणारे लिथियम धातूचे साठे इत्यादींचा समावेश होतो. जसजसा वेळ वाढत जाईल तसतसे अशा अंतर्गत कारणांमुळे होणाऱ्या अंतर्गत शॉर्ट सर्किटचा धोका हळूहळू वाढत जाईल.

यांत्रिक गैरवापर म्हणजे बाह्य शक्तीच्या प्रभावाखाली लिथियम बॅटरी मोनोमर आणि बॅटरी पॅकचे विकृतीकरण आणि स्वतःच्या वेगवेगळ्या भागांचे सापेक्ष विस्थापन. इलेक्ट्रिक सेलच्या विरोधात मुख्य स्वरूप म्हणजे टक्कर, बाहेर काढणे आणि पंक्चर. उदाहरणार्थ, उच्च वेगाने वाहनाने स्पर्श केलेल्या एखाद्या परदेशी वस्तूमुळे बॅटरीचा अंतर्गत डायाफ्राम थेट कोसळला, ज्यामुळे बॅटरीमध्ये शॉर्ट सर्किट झाला आणि थोड्याच वेळात उत्स्फूर्त ज्वलन सुरू झाले.

लिथियम बॅटरीच्या विद्युत गैरवापरात सामान्यतः बाह्य शॉर्ट सर्किट, ओव्हरचार्जिंग, ओव्हरडिस्चार्ज असे अनेक प्रकार असतात, जे जास्त चार्जिंगसाठी थर्मल रनअवेमध्ये विकसित होण्याची शक्यता असते. जेव्हा डिफरेंशियल प्रेशर असलेले दोन कंडक्टर सेलच्या बाहेर जोडले जातात तेव्हा बाह्य शॉर्ट सर्किट होते. बॅटरी पॅकमधील बाह्य शॉर्ट्स हे वाहनांच्या टक्कर, पाण्यात बुडवणे, कंडक्टर दूषित होणे किंवा देखभालीदरम्यान विद्युत शॉकमुळे झालेल्या विकृतीमुळे होऊ शकतात. सामान्यतः, बाह्य शॉर्ट सर्किटमधून सोडलेली उष्णता पंक्चरच्या विरूद्ध बॅटरी गरम करत नाही. बाह्य शॉर्ट सर्किट आणि थर्मल रनअवे यांच्यातील महत्त्वाचा दुवा म्हणजे अतिउष्णतेच्या बिंदूपर्यंत पोहोचणारे तापमान. जेव्हा बाह्य शॉर्ट सर्किटद्वारे निर्माण होणारी उष्णता चांगल्या प्रकारे विरघळली जाऊ शकत नाही तेव्हा बॅटरीचे तापमान वाढते आणि उच्च तापमान थर्मल रनअवे सुरू करते. म्हणून, शॉर्ट-सर्किट करंट कापून टाकणे किंवा जास्त उष्णता नष्ट करणे हे बाह्य शॉर्ट सर्किटला पुढील नुकसान होण्यापासून रोखण्याचे मार्ग आहेत. जास्त चार्जिंग, कारण ते उर्जेने भरलेले आहे, हे विद्युत गैरवापराच्या सर्वात मोठ्या धोक्यांपैकी एक आहे. उष्णता आणि वायूची निर्मिती ही ओव्हरचार्जिंग प्रक्रियेची दोन सामान्य वैशिष्ट्ये आहेत. उष्णता निर्मिती ओमिक उष्णता आणि साइड रिअॅक्शन्समधून येते. प्रथम, जास्त प्रमाणात लिथियम एम्बेडिंगमुळे लिथियम डेंड्राइट्स एनोड पृष्ठभागावर वाढतात.