Kwistjonijiet ta' applikazzjoni u sigurtà tal-batteriji tal-jone tal-litju:Il-batteriji tal-jone tal-litju jintużaw ħafna minħabba d-densità għolja tal-enerġija tagħhom, il-qawwa għolja tal-ħruġ u l-vultaġġ medju għoli tal-ħruġ. Madankollu, inċidenti kkawżati minn ħsarat fil-batteriji jseħħu kull sena, u ftit nies jifhmu b'mod attiv ir-riskji tas-sikurezza. Għalhekk, l-identifikazzjoni u l-mitigazzjoni tal-perikli għas-sikurezza tal-batteriji tal-litju hija kruċjali.
Il-kontenut ewlieni tal-artikolu:L-ewwelnett, jiġi analizzat il-fenomenu tar-runaway termali u jiġu diskussi diversi sistemi ta 'monitoraġġ. Imbagħad, l-applikazzjoni tas-sensuri tal-ħakk tal-fibra Bragg (FBG) f'sejbien f'ħin reali tad-dejta tal-batterija hija enfasizzata. Fl-aħħarnett, il-metodi għat-tnaqqis tal-kwistjonijiet ta 'sikurezza fil-batteriji tal-litju huma miġbura fil-qosor, inkluż l-użu ta' kisjiet tal-wiċċ tal-elettrodi, elettroliti, separaturi, u soppressjoni tat-tkabbir tad-dendriti tal-litju. Dawn il-kontenuti għandhom valur ta 'referenza għal riċerka futura dwar is-sigurtà tal-batterija tal-litju.
1. Introduzzjoni
L-applikazzjoni u l-kwistjonijiet tas-sikurezza tal-batteriji tal-jone tal-litju huma enfasizzati:l-iżvilupp ta 'enerġija rinnovabbli huwa xejra taż-żminijiet, u l-batteriji huma kullimkien fil-ħajja ta' kuljum. Il-batteriji tal-jone tal-litju jintużaw ħafna u huma kruċjali għall-iżvilupp ta 'oqsma ġodda tal-enerġija. Madankollu, f'dawn l-aħħar snin, il-problema ta 'tisħin żejjed tagħhom affettwat l-iżvilupp ta' vetturi elettriċi, u s-sigurtà tal-batterija kienet ta 'tħassib.
Id-direzzjoni tar-riċerka u l-iskop tal-artiklu:Ix-xjentisti jużaw diversi teknoloġiji biex itejbu s-sigurtà tal-batteriji tal-jone tal-litju. Bħalissa, ir-riċerka dwar il-monitoraġġ tas-sikurezza dwar it-tbassir tar-runaway termali tal-batterija u l-metodi ta 'twissija hija direzzjoni popolari. L-artikolu għandu l-għan li jiġbor fil-qosor metodi avvanzati rilevanti u jintroduċi l-aħħar progress tar-riċerka.
2. Metodi attwali għat-titjib tal-fatturi tas-sikurezza
Kawża tal-inċident tas-sigurtà:Meta l-batteriji tal-litju jintużaw ħażin (bħal iċċarġjar żejjed, sħana żejda, impatt, short circuit), it-temperatura togħla b'mod anormali, u tikkawża reazzjonijiet kimiċi interni u tipproduċi gass u duħħan. Il-valv tas-sigurtà jinfetaħ, u s-sħana tkompli żżid it-temperatura, li tista 'twassal għal kombustjoni jew splużjoni.
Il-modi biex tittejjeb is-sigurtà:prinċipalment jinkludu l-monitoraġġ u l-evitar ta 'inċidenti ta' sikurezza, it-titjib tal-istrutturi tal-batteriji, jew is-sostituzzjoni ta 'komponenti problematiċi.
Metodi speċifiċi biex tittejjeb is-sigurtà tal-batteriji tal-jone tal-litju
Prevjeni runaway termali
Prinċipju ta' runaway termali:Ir-reazzjoni eżotermika tal-materjali ġewwa l-batterija tikkawża li l-batterija tissaħħan malajr u tirrilaxxa l-enerġija kimika. Fatturi multipli jistgħu jikkawżaw sħana żejda, bħal deformazzjoni strutturali, ċirkwit qasir, iċċarġjar żejjed, tixjiħ tal-komponenti, falliment tas-sistema tat-tkessiħ, eċċ Id-densità għolja ta 'enerġija tal-batteriji u l-użu ta' elettroliti li jaqbdu jżidu r-riskju ta 'runaway termali.
Sistema tat-tkessiħ:Ix-xjentisti żviluppaw sistemi ta 'ġestjoni termali tal-batteriji (BTMS), inklużi sistemi ta' tkessiħ bl-arja u tkessiħ likwidu, iżda t-tnejn għandhom żvantaġġi. Is-sistema ta 'tkessiħ ibridu tgħaqqad il-vantaġġi tat-tnejn u tista' tirregola u timmaniġġja aħjar id-dissipazzjoni tas-sħana tal-batterija, u l-għażla speċifika għandha tiġi determinata skont is-sitwazzjoni.
| Sistemi ta' tkessiħ | Vantaġġi | Żvantaġġi |
|
Imkessaħ bl-arja BTMS |
Ħfief fl-istruttura Spiża baxxa fl-iżvilupp u manutenzjoni. |
1. Konduttività termali baxxa u vulnerabbiltà għal tidwib termali. 2. Diffiċli biex tużah f'vetturi elettriċi. |
|
Likwidu mkessaħ BTMS |
Kapaċità għolja tas-sħana u termali konduttivitajiet. |
1. Suxxettibbli għal tnixxija ta 'likwidu 2. Diffiċli biex tittejjeb is-sistema minħabba struttura kumplessa |
| BTMS ibridu | Effettività aħjar tat-tkessiħ | 1. Aktar komponenti u kumplessità |
Fiber Bragg Grating Sensor (FBG)
Prinċipju tal-monitoraġġ:Ipprevjeni perikli għas-sigurtà billi timmonitorja sintomi multipli tal-batterija f'ħin reali. Metodi moderni spiss jirriflettu indirettament l-istat tal-batterija billi jimmonitorjaw il-fluss tas-sħana jew jiskopru l-qsim tal-elettrodu, filwaqt li s-sensuri FBG jistgħu jkejlu direttament jew indirettament it-temperatura u r-rispons tar-razza ġewwa u barra l-batterija, u jistudjaw id-degradazzjoni tal-elettroliti permezz tal-interazzjoni bejn id-dawl li jinġarr minn fibri ottiċi u l-ambjent kimiku tal-madwar.
Vantaġġi:Is-sensuri FBG għandhom il-karatteristiċi ta 'interferenza minimament invażiva, anti elettromanjetika, u insulazzjoni. Xorta jistgħu jipprovdu data b'mod preċiż taħt temperatura għolja u pressjoni għolja. Meta l-indikaturi jilħqu l-valur kritiku, it-tħaddim tal-batterija jista 'jiġi aġġustat jew mitmum f'waqtu, u jtejjeb is-sigurtà tal-użu tal-batterija.
|
Temperatura Monitoraġġ |
Monitoraġġ tat-Temperatura Esterna: Is-senser FBG huwa mwaħħal direttament mal-wiċċ tal-batterija (li tista 'tkun fil-forma ta’ munita jew ċilindru) biex tinkiseb skoperta tat-temperatura f’ħin reali. |
|
Monitoraġġ tat-Temperatura Interna: huwa impjantat direttament fil-batterija għall-iskoperta tat-temperatura interna. |
|
| Monitoraġġ tar-razza |
Monitoraġġ Esterni tar-Razza: FBG jimmonitorja r-razza esterna kkawżata minn fatturi bħal bidliet fit-temperatura, kompressjoni mekkanika, jew impatti. |
|
Monitoraġġ Intern tar-Razza: FBG jimmonitorja r-razza ġewwa l-batterija waqt l-użu jew waqt l-iċċarġjar u l-ħatt. |
|
| Monitoraġġ Simultanju tat-Temperatura u Strain | |
Ittejjeb is-separatur tal-batterija biex tistabbilizza l-batterija
Ir-rwol u l-isfidi tad-disinn ta’ separatur:Separatur huwa ostaklu fiżiku f'batterija li jipprevjeni kuntatt dirett bejn l-elettrodi pożittivi u negattivi u jakkomoda elettroliti biex jippromwovi l-moviment tal-joni. Id-disinn jeħtieġ li jibbilanċja d-durabilità mekkanika u l-porożità jew il-prestazzjoni tat-trasport, li jagħmilha sfida għall-użu f'sistemi ta 'batteriji fuq skala kbira.
Metodu ta' titjib:Ir-riċerka attwali tiffoka prinċipalment fuq it-titjib tal-membrani tal-polyolefin kummerċjali (PP), bħall-kisi jew it-tilqim ta 'komposti organiċi/inorganiċi, u t-trattament tal-wiċċ b'komposti reżistenti għas-sħana. It-teknoloġija tal-electrospinning tista 'tintuża wkoll għall-manifattura ta' membrani tan-nanofibra, li jistgħu jtejbu l-istabbiltà termali. Iż-żieda ta 'materjali idrofiliċi tista' ttejjeb il-prestazzjoni u tinibixxi t-tkabbir tad-dendrite tal-litju.
Elettrolit polimeru mhux kombustibbli
Problemi ta 'elettroliti tradizzjonali u direzzjonijiet ta' titjib:Elettroliti tradizzjonali jistgħu jesperjenzaw runaway termali taħt kundizzjonijiet estremi, li jwasslu għal ossidazzjoni, taħlit ta 'materjal ta' elettrodu, u anke splużjoni. It-titjib jeħtieġ konsiderazzjoni komprensiva tal-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi u l-istabbiltà tal-elettroliti u l-elettrodi. L-elettroliti solidi tal-polimeru (SPEs) huma t-tendenza futura, mingħajr tnixxija, saħħa mekkanika għolja, u stabbiltà, li jistgħu jnaqqsu l-bidla fil-volum tal-materjali tal-elettrodu.
| Tipi ta' SPEs | Karatteristiċi |
| Poly ethylene oxide SPEs |
1. Konduttività ogħla 2. Daqs aġġustabbli 3. Spiża aktar baxxa 4. Proprjetajiet elettrokimiċi pendenti |
| Polysiloxane SPEs |
1. Stabbiltà termali aħjar 2. Non-fjammabbiltà 3. Kostanti dielettriċi ogħla |
Karatteristiċi u ritardanti tal-fjammi tas-SPEs:SPEs differenti għandhom vantaġġi differenti, bħal konduttività għolja u daqs aġġustabbli ta 'SPEs tal-ossidu tal-polyethylene; Polysiloxane SPEs għandhom stabbiltà termali tajba u mhumiex fjammabbli. Ħafna mill-SPEs jeħtieġu ż-żieda ta 'ritardanti tal-fjammi, u ritardanti tal-fjammi inorganiċi huma aktar sikuri u orħos, li jistgħu jtejbu l-prestazzjoni tal-SPEs u jinibixxu t-tkabbir tad-dendriti tal-litju. Madankollu, ir-riċerka tal-SPEs hija relattivament ġdida u l-applikazzjonijiet tagħhom huma limitati, u l-elettroliti kummerċjali ma jistgħux jiġu sostitwiti.
| Ritardant tal-Fjammi | Proprjetajiet |
| Halogen Flame Retardant |
1. Ultra-dawl, Ultra-rqiq 2. Diffiċli biex taqbad 3. Radikali ħielsa ġenerati jtaffu l-piroliżi 4. Il-prodott iddilwa l-konċentrazzjoni ta 'gassijiet kombustibbli u ossiġnu |
| Organofosfru Ritardanti tal-Fjammi |
1. Sigurtà tan-nirien aħjar 2. L-istabbiltà taċ-ċiklu tal-batteriji ġiet imtejba 3. It-tkabbir tad-dendriti tal-litju ġie inibit 4. Il-prodotti tad-dekompożizzjoni jistgħu jingħaqdu ma 'freeradicals kombustibbli |
|
Fjamm Inorganiku Ibbażat fuq il-Fosfru Ritardanti |
1. Tossiċità baxxa 2. Prezz baxx 3. Jista 'jagħmel il-ħlas fuq il-wiċċ tal-litju tal-metall uniformi 4. Ipprevjeni d-dendriti tal-litju. |
| Ritardant tal-Fjammi Nano-Filler inorganiku |
1. Tiffaċilita l-moviment tal-jonji tal-litju u ttejjeb il-jone konduttività. 2. Evita t-tkabbir tad-dendriti tal-litju 3. Kapaċità li tinibixxi l-propagazzjoni termali 4. Stabbiltà termali mtejba |
Inibizzjoni tat-tkabbir tad-dendrite tal-litju
Formazzjoni u perikli ta' dendriti tal-litju:Id-dendriti tal-litju huma kkawżati minn depożizzjoni irregolari ta 'jonji tal-litju waqt il-migrazzjoni ta' elettrodi pożittivi u negattivi, li jistgħu jwasslu għal espansjoni tal-elettrodi, effiċjenza Coulombic mnaqqsa, kapaċità mnaqqsa tal-batterija, u deterjorazzjoni tal-prestazzjoni tas-sikurezza, li fl-aħħar mill-aħħar tirriżulta f'falliment tal-batterija.
Metodu ta' inibizzjoni:Inibixxi minn żewġ direzzjonijiet: elettroliti u elettrodu negattiv tal-metall tal-litju. Iż-żieda ta 'addittivi ma' elettroliti tista 'ttejjeb il-funzjonalità tas-saff ta' interface ta 'elettroliti solidi (SEI), bħal polysulfides tal-litju u nitrat tal-litju, li jistgħu effettivament jinibixxu l-formazzjoni ta' dendriti tal-litju; Mill-perspettiva ta 'elettrodi, elettrodi negattivi tal-litju tridimensjonali jistgħu jnaqqsu l-bidla fil-volum ta' elettrodi negattivi, bħal elettrodi komposti tal-grafene. Hemm ukoll xi saffi SEI ġodda li jistgħu effettivament jinibixxu t-tkabbir tad-dendrite tal-litju.
Metodu tal-elettrodu tal-kisi tal-wiċċ
Ir-rwol u l-applikazzjoni tal-kisi tal-wiċċ:Il-kisi tal-wiċċ huwa t-teknoloġija ewlenija għall-protezzjoni tal-katodi u t-titjib tal-istabbiltà termali tal-materjali tal-katodu, li jistgħu jrażżnu t-tranżizzjoni tal-fażi u jtejbu l-konduttività tal-materjal. L-użu tat-teknoloġija tal-kisi tal-wiċċ f'materjali tal-katodu ternarju tan-nikil tal-kobalt tal-manganiż (NMC) jista 'jtejjeb il-mikrostruttura, il-prestazzjoni elettrokimika, il-konduttività termali, il-koeffiċjent tad-diffużjoni tal-joni, u l-istabbiltà termali, inaqqas il-ħsara strutturali interna, iżid l-istabbiltà taċ-ċikliżmu u jipprevjeni lissija tal-jone tal-metall.
Metodi u effetti speċifiċi:Jekk il-metodu sintetiku "kisi + perfużjoni" jintuża biex jiksi materjali speċifiċi f'temperatura tal-kamra, jew it-teknoloġija sol gel tintuża biex toħloq kisi uniformi fuq il-wiċċ tal-katodu f'temperatura baxxa, l-istabbiltà taċ-ċiklu tista 'titjieb b'mod sinifikanti.
| Aspett(i) | Titjib wara l-kisi |
| Morfoloġija mikroskopika u struttura |
1. Struttura tal-wiċċ aktar kompatta f'elettrodu pożittiv u ordnat struttura tal-kannizzata 2. Stabbiltà akbar. |
| Karatterizzazzjoni tal-prestazzjoni elettrokimika |
1. Stabbiltà taċ-ċiklu mtejba b'mod sinifikanti 2. Il-multiplikatur tal-materjal żdied 3. Reżistenza materjali mnaqqsa 4. Il-prestazzjoni tat-trasport tal-elettroni tjiebet |
|
Konduttività termali, koeffiċjent tad-diffużjoni tal-joni u l-istabbiltà termali |
1. Il-prestazzjoni tat-trasferiment tas-sħana ta 'materjali puri mtejba 2. It-tkessiħ tal-batterija u l-prestazzjoni tas-sikurezza termali mtejba 3. lon diffużjoni prestazzjoni mtejba |
3. Sommarju
Metodu ta' klassifikazzjoni:Metodi biex tittejjeb is-sigurtà tal-batteriji tal-jone tal-litju jistgħu jinqasmu bejn wieħed u ieħor f'żewġ kategoriji: waħda hija li tissorvelja l-parametri tal-batterija f'ħin reali bħala sistema ta 'twissija bikrija biex tevita inċidenti ta' sikurezza, u l-oħra hija li ttejjeb il-materjali interni jew l-istruttura ta ' il-batterija.
Miżuri u effetti speċifiċi
Fl-ewwel kategorija, sistemi ta 'ġestjoni termali tal-batterija (BTMS) jistgħu jipprevjenu runaway termali, u BTMS ibridu għandu l-aħjar effett ta' tkessiħ, iżda l-istruttura hija kumplessa u l-ispiża hija għolja. Is-sensuri tal-Fiber Bragg Grating (FBG) jistgħu jimmonitorjaw it-temperatura, ir-razza u l-pressjoni tal-batterija f'ħin reali, u jistgħu jidentifikaw malajr sħana żejda jew kundizzjonijiet anormali.
Fit-tieni kategorija, ir-riċerkaturi tejbu s-sigurtà tal-batteriji tal-jone tal-litju billi tejbu separaturi, elettroliti, jinibixxu t-tkabbir tad-dendrite tal-litju, u jittrattaw il-wiċċ tal-katodu.