¿Por qué explota la batería de iones de litio de los vehículos eléctricos? ¿Puede la tecnología evitarlo?

Autor: Iflowpower – Proveedor de centrales eléctricas portátiles

Estamos entrando en la nueva era de la revolución energética, pero si seguimos ignorando el prometedor futuro de la energía eléctrica, no nos preocuparemos: ¿son seguras las baterías de iones de litio? Accidentes por explosiones causados ​​por baterías de coches eléctricos: ¿Por qué Xinhua.com los percibe con tanta frecuencia en los últimos años? Ya se trate de coches eléctricos o centrales eléctricas, la batería es un elemento clave. Casi todos los vehículos eléctricos y más del 70% de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía química son baterías de iones de litio, que son las baterías que se utilizan en nuestros teléfonos móviles y ordenadores portátiles.

Dado que la batería de iones de litio mejora la portabilidad de la energía eléctrica, se impulsa el desarrollo de nuestra era de la información. Por lo tanto, hay tres científicos que han contribuido al desarrollo de la tecnología de baterías de iones de litio al Premio Nobel de Química. Gracias al desarrollo de las baterías de iones de litio, su uso es muy cercano; nuestros teléfonos móviles, cámaras y auriculares Bluetooth deberían serlo. Pero ¿por qué, al aplicarse en coches eléctricos, las baterías de iones de litio han provocado tantos accidentes? En realidad, se trata de un problema de probabilidad.

Por ejemplo, una batería importada utilizada en un vehículo eléctrico importado cuesta sólo un millón, pero se deben instalar 8.000 baterías de este tipo en un coche, lo que equivale a 10.000 baterías para instalar 1.250 vehículos eléctricos. Es decir, en teoría 1.250 vehículos eléctricos, hay una batería en un coche y puede tener un accidente. Si este accidente pertenece a la quema de la batería o a un nivel de explosión, es posible provocar una reacción en cadena en la que la batería se queme a su alrededor, provocando así un accidente de vehículo eléctrico.

Lo mismo ocurre con el alojamiento en la central eléctrica de almacenamiento de energía, en comparación con un vehículo eléctrico para almacenar de 50 a 100 grados, el cuerpo del contenedor de una batería generalmente puede almacenar 1000 grados, y una central eléctrica de almacenamiento de energía de tamaño mediano a menudo tiene docenas de docenas de contenedores de baterías de almacenamiento de energía. Se entiende que de vez en cuando se utiliza una batería de tan gran escala. Por otra parte, la combustión de vehículos eléctricos y plantas de almacenamiento de energía, las consecuencias de los accidentes por explosión son obviamente más graves que las de las baterías de los teléfonos móviles, y las actuales medidas de protección contra incendios son casi imposibles.

Por supuesto, no podemos ignorar esta noticia, que se propaga tan rápidamente y los graves incidentes que causan víctimas han provocado un gran impacto social. ¿Por qué se quema o incluso explota una batería de iones de litio? La batería de iones de litio es un componente importante que consta de un electrodo positivo, un electrodo negativo, un electrolito y un diafragma. Después de la carga, su electrodo positivo es generalmente un óxido de metal de transición, que tiene una fuerte resistencia a la oxidación; el electrodo negativo está incrustado en una gran cantidad de litio, que tiene una reducción muy fuerte.

El electrolito generalmente son ésteres orgánicos, que tienen características de bajo punto de fusión y son inflamables. Es importante tener en cuenta que los petardos en nuestra vida también son un dispositivo que comprende los ingredientes que contienen pólvora en un azufre (azufre, fórmula química s) diit (piedra, tipo químico KNO3) tres carbón, de los cuales el nitrosito es un agente oxidante fuerte, el azufre y el carbón son agentes reductores. Después de que el exterior recibe más de 120 grados de estimulación, la reacción de reducción de óxido en el petardo ocurre de manera espectacular, libera mucho gas y calor, a prueba de fuego, los petardos explotan.

Se puede ver que la batería teórica de iones de litio tiene una reacción redox altamente liberada, y su electrolito combustible interno también puede ayudar a esta reacción, trayendo como consecuencia consecuencias de quemaduras o incluso explosión. ¿Cuál es la potencia de combustión o explosión de las baterías de iones de litio? La luz que almacena su energía eléctrica, con una densidad de energía de 150 Wh/kg, equivale aproximadamente a una décima parte de la densidad de energía térmica de una explosión de TNT. En los últimos años, la investigación concluyentemente, el electrodo negativo positivo en el accidente de la batería de iones de litio puede ocurrir directamente en circunstancias especiales, o incluso los fluidos de concentración de aluminio y cobre también pueden participar directamente en la reacción en forma de agentes reductores, y el calor del calor debe ser significativamente mayor que el almacenamiento de la batería correspondiente a la energía.

En general, un accidente de seguridad en el espacio cerrado, la temperatura máxima puede alcanzar los 800 ° C, y una batería de iones de litio pesada de 43,4 G sufre una explosión de 5,45 gtnt, alcanzando el equivalente de TNT 1/8.

La razón por la cual la batería de iones de litio no responde a una reacción redox extenuante sino que se convierte constantemente en energía eléctrica en una reacción electroquímica, y se convierte constantemente en energía eléctrica porque el diafragma está efectivamente aislado físicamente y el aislamiento de conducción electrónica (y la existencia del electrolito). Sin embargo, cuando varias causas internas o externas provocan la falla del diafragma, entonces el polo positivo y negativo se contactan directamente, este cortocircuito interno hará que se libere energía eléctrica, hay mucho calor y trae alta temperatura, daño instantáneo al sistema químico interno de la batería, lo que resulta en la estabilidad del electrolito negativo, el electrolito positivo, el electrodo negativo y el electrodo positivo, e incluso la reacción redox también involucrada en el fluido actual, se calienta instantáneamente, lo que resulta en la gasificación instantánea del electrolito e incluye el polvo de material activo del electrodo negativo positivo que expulsa la carcasa de la batería, lo que trae las consecuencias de quemar o incluso explotar, este proceso se llama calor fuera de control (conocido como TR). Según las estadísticas de accidentes con vehículos eléctricos de los últimos años, la mayoría de los accidentes son de "autoignición", incluidos los que se producen estando parado (descarga de batería), mientras se conduce (descarga de batería) y durante la carga.

Una pequeña parte es un accidente que ocurre cuando una fuente de calor externa, una colisión y una falla del circuito de control. La "combustión espontánea" pertenece a la pérdida de calor espontánea, esta última se conoce colectivamente como el fuera de control térmico (abuso térmico, abuso mecánico, abuso eléctrico). Aunque los dos tipos de escenarios son en última instancia provocados por la temperatura final, la combustión y otros mecanismos son similares, hay una gran diferencia en la dificultad de iniciar la investigación.

En la actualidad, el descontrol térmico bajo el abuso está controlado por las condiciones de excitación. En los últimos años se han logrado grandes avances, siendo básicamente capaces de describir cuantitativamente los mecanismos de diversas condiciones de abuso y los mecanismos y peligros subsiguientes. Sin embargo, el descontrol térmico espontáneo, debido a su complicada incomprensibilidad, la batería después del descontrol térmico se daña por completo, es difícil recuperar la micro situación antes de la pérdida de calor, se convierte en una investigación difícil.

¿Por qué es difícil predecir un descontrol térmico en una batería de iones de litio? El descontrol térmico espontáneo es la mayor preocupación en materia de seguridad de los coches eléctricos actuales. ¿Por qué es difícil prevenirlo? Esto debería decirse desde la fabricación de baterías. Si cada batería es completamente consistente desde las partículas de material del microelectrodo, el diafragma hasta la placa macroscópica, el paquete de carcasa es 100.

000000,000%, que definitivamente tendrá un paquete de baterías compuesto por miles o cientos de miles de dichas baterías. Mejores funciones de seguridad. Es posible que notes que las expresiones de cientos de porcentajes aquí son un poco diferentes, hay diez ceros detrás, lo que representa un ideal esperado: batería a escala completa alta.

Como es bien sabido, la consecuencia de una batería de mala calidad es que el rendimiento de la misma se deteriora más rápido, se desactiva cierta pasivación, quedando directamente inválida; existe también un camino parcialmente diferente: cortocircuitos internos y calor fuera de control, quemaduras, explosión. ¿Existe algún cortocircuito a corto plazo en este daño? La razón es que esta desintegración es muy lenta y la señal de voltaje externa no es evidente. El segundo es que la batería está entrando directamente en el control térmico destructivo en unos pocos minutos, la batería está completa, la evidencia no se puede rastrear, lo que también hace que este campo avance en la investigación.

Simular con muchísima precisión cortocircuitos de corta duración sigue siendo un problema. Además, la batería es similar a una caja negra, aunque podemos utilizar algunos espectrómetros electroquímicos y medios técnicos de TC in situ para monitorear los cambios individuales de la batería y la microestructura interna, pero no podemos predecir qué decenas de millones de baterías se estudiarán meticulosamente en "muerte súbita" en varios meses o después de varios años. Cada batería prácticamente no presenta riesgos propios, pero ¿qué ocurre si se produce una "muerte súbita" después de medio año o tres años, o si, en invierno, se produce un incendio a gran escala? Es difícil predecirlo ahora.

¿Es diferente a nuestro cuerpo? Los parámetros del material de la batería y sus procesos de fabricación son similares a nuestros genes, el sistema de carga y descarga de la batería es similar a nuestros hábitos alimenticios. La temperatura ambiente de uso de la batería varía según el entorno de crecimiento. Con el crecimiento, siempre hay en el cuerpo de algunas personas, habrá inflamación a largo plazo o lesiones vasculares más graves, por lo que es posible el desarrollo de cáncer o causar un derrame cerebral en poco tiempo, lo que es similar al cortocircuito de la batería y el termostato posterior. Si tuviéramos la capacidad de realizar un seguimiento en tiempo real de la salud de cada persona las 24 horas del día en la Tierra, podríamos descubrir una anomalía y descartar un cáncer o un ictus, pero esto obviamente no es real.

De manera similar, también somos difíciles de soportar el monitoreo en tiempo real más completo de cada batería, ahora podemos ensamblar un módulo que fabrica docenas de baterías para monitorear el voltaje y la temperatura general, y esto es espontáneo a partir del estudio y la prevención de las celdas de la batería. Los requisitos de control térmico son obviamente una brecha. Una cosa que se puede determinar es mejorar el rendimiento constante de la batería para mejorar la seguridad y confiabilidad del paquete de baterías. Sin embargo, la consistencia perfecta no se puede lograr, las partículas de las sustancias activas positivas y negativas de la batería, cada una de las formas, condiciones de la superficie, defectos, etc.

de la batería, siempre que la resolución sea suficientemente alta, se puede ver. Además de las materias primas, la preparación de las baterías implica docenas de procesos complejos, por lo que mantener la consistencia de las mismas resulta muy difícil. Si bien la potente inversión de la industria de baterías de iones de litio se dirige ahora a lograr una mayor precisión de procesamiento, la cantidad de materias primas y los complejos procesos de preparación de las baterías de iones de litio hacen que la consistencia se convierta en una tarea interminable.

Por supuesto, los coches eléctricos seguirán desarrollándose y mi país seguirá promoviendo la tecnología de almacenamiento a gran escala en los sistemas energéticos. De acuerdo con el status quo de la estructura energética en China, los vehículos eléctricos tienen un papel importante en la estrategia energética a mediano y largo plazo de mi país y en el futuro desarrollo sostenible. Creo que con el continuo y rápido desarrollo del sistema de tecnología de baterías, su confiabilidad y seguridad mejorarán significativamente en los próximos 5 a 10 años.

Sin embargo, prevenir por completo el accidente de quema de una batería de iones de litio es casi imposible. Por supuesto, en el caso de respetar la realidad objetiva, hay muchas maneras de mejorar la seguridad. La primera es la tecnología de advertencia innovadora, como el reciente informe de la Universidad de Stanford sobre la captura sensible de la señal de hidrógeno puede hacer que la batería de iones de litio de advertencia se salga de control térmicamente, lo suficiente para escapar del personal en el automóvil eléctrico.

Además, la técnica "autotóxica" de la batería también es más efectiva, y su mecanismo es cuando la batería genera un descontrol térmico, se pueden liberar algunos productos químicos especiales para pasivar el "痪" dentro de la batería e interrumpir la cadena de descontrol térmico. Con respecto a la seguridad de las baterías de iones de litio, desarrollamos vigorosamente tecnologías innovadoras y eficientes para mejorar la seguridad y mejoramos continuamente la consistencia de la fabricación de baterías. Un día, este tipo de noticias “explosivas” ya no aparecerán en nuestras vidas, podremos utilizar vehículos eléctricos con tranquilidad.

Agradecimientos: Agradecemos a la Universidad de Tsinghua, a Wang Li y al Vehicle College, a Feng Xunning, dos profesores, que proporcionaron los materiales pertinentes y los debates útiles.