چرا باتری لیتیوم یون خودروی الکتریکی منفجر می شود، آیا فناوری می تواند از آن جلوگیری کند؟

نویسنده ：Iflowpower – تامین کننده نیروگاه های قابل حمل

ما در حال ورود به عصر جدید انقلاب انرژی هستیم، اما وقتی همچنان از آینده زیبای انرژی الکتریکی چشم پوشی می کنیم، نگران نباشیم، آیا باتری لیتیوم یون ایمن است؟ حوادث انفجار ناشی از باتری ماشین های الکتریکی: چرا Xinhua.com در سال های اخیر در سال های اخیر مکرر احساس می شود؟ چه ماشین‌های برقی و چه نیروگاه‌های ذخیره‌سازی، شما از یک وسیله کلیدی - باتری جدا نیستید. تقریباً تمام وسایل نقلیه الکتریکی و بیش از 70 درصد نیروگاه‌های ذخیره انرژی شیمیایی همگی باتری‌های لیتیوم یونی هستند که باتری مورد استفاده در تلفن‌های همراه و لپ‌تاپ‌های ما است.

از آنجایی که باتری لیتیوم یونی از قابلیت حمل انرژی الکتریکی برتری دارد، توسعه عصر اطلاعات ما تقویت شده است. بنابراین، سه دانشمند وجود دارند که در توسعه فناوری باتری‌های لیتیوم یونی به جایزه نوبل شیمی کمک کرده‌اند. به لطف توسعه باتری های لیتیوم یون، صحنه استفاده بسیار نزدیک است، تلفن همراه، دوربین و هدفون بلوتوث ما باید باشد، اما چرا برای خودروهای برقی اعمال می شود، باتری لیتیوم یون این همه تصادف رخ داده است؟ این در واقع یک مشکل احتمالی است.

به عنوان مثال یک باتری وارداتی که در یک خودروی برقی وارداتی استفاده می شود تنها یک میلیون است، اما باید 8000 باتری از این قبیل روی خودرو نصب شود که معادل 10000 باتری برای نصب 1250 خودروی برقی است. این است که، در تئوری 1250 خودروهای الکتریکی، یک باتری در یک ماشین وجود دارد ممکن است تصادف کند. اگر این تصادف مربوط به سوختن باتری یا سطح انفجار باشد، ممکن است یک واکنش زنجیره ای ایجاد شود که در آن باتری در اطراف آن قرار دارد و در نتیجه باعث حادثه سوختن خودروی برقی شود.

همین امر در مورد محل اقامت در نیروگاه ذخیره انرژی صدق می کند، در مقایسه با یک وسیله نقلیه الکتریکی برای ذخیره 50 تا 100 درجه، بدنه ظرف یک باتری به طور کلی می تواند 1000 درجه ذخیره کند، و یک نیروگاه ذخیره انرژی متوسط ​​بزرگ اغلب ده ها ده ها مجموعه از چنین ظروف باتری ذخیره انرژی است. این قابل درک است که چنین باتری در مقیاس بزرگ استفاده می شود، گاهی اوقات اتفاق می افتد. از سوی دیگر، احتراق خودروهای برقی و نیروگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی، پیامدهای حوادث انفجار بدیهی است که جدی‌تر از باتری‌های تلفن همراه است و اقدامات فعلی حفاظت از آتش تقریباً غیرممکن است.

البته نمی توان از این خبر چشم پوشی کرد که این خبر به سرعت در حال انتشار است و حوادث جدی که منجر به تلفات جانی می شود تاثیر اجتماعی زیادی به همراه داشته است. چرا باتری لیتیوم یونی می سوزد یا حتی منفجر می شود؟ باتری لیتیوم یونی یک جزء حاوی جزء است که از الکترود مثبت، الکترود منفی، الکترولیت و دیافراگم تشکیل شده است. پس از شارژ، مثبت آن به طور کلی یک اکسید فلزی واسطه است که دارای مقاومت اکسیداسیون قوی است. الکترود منفی در مقدار زیادی لیتیوم تعبیه شده است که کاهنده بسیار قوی دارد.

الکترولیت به طور کلی استرهای آلی است که دارای ویژگی های نقطه ذوب پایین و قابل اشتعال است. توجه به این نکته ضروری است که ترقه در زندگی ما نیز وسیله ای است که مواد محتوی باروت را به یک دییت گوگرد (گوگرد، فرمول شیمیایی s) (سنگ، نوع شیمیایی KNO3) سه زغال چوب که نیتروزیت عامل اکسید کننده قوی است، گوگرد و زغال سنگ مواد کاهنده هستند. پس از تحریک بیش از 120 درجه به بیرون، واکنش کاهش اکسیداسیون در فشفشه به طور چشمگیری رخ می دهد، مقدار زیادی گاز و گرما آزاد می کند، نسوز، ترقه منفجر می شود.

مشاهده می شود که باتری لیتیوم یون نظری دارای واکنش ردوکس بسیار آزاد است و الکترولیت قابل احتراق داخلی آن نیز می تواند به این واکنش کمک کند و عواقب سوختن یا حتی انفجار را به همراه داشته باشد. قدرت سوختن یا انفجار باتری های لیتیوم یون چقدر است؟ نور حاصل از ذخیره انرژی الکتریکی آن، چگالی انرژی 150WH / کیلوگرم انرژی الکتریکی باتری لیتیوم یون معمولی حدود 1/10 از انفجار انفجاری TNT، چگالی انرژی حرارتی است. در سال‌های اخیر، تحقیقات به طور قطعی، الکترود منفی مثبت در تصادف باتری لیتیوم یونی می‌تواند مستقیماً در شرایط خاص رخ دهد یا حتی سیالات غلظت آلومینیوم و مس نیز می‌توانند مستقیماً در واکنش به روش عوامل کاهنده شرکت کنند و گرمای گرما باید به طور قابل توجهی بیشتر از ذخیره باتری مربوط به انرژی باشد.

به طور کلی، یک تصادف ایمنی در فضای بسته، حداکثر دما می تواند به 800 درجه سانتیگراد برسد و یک باتری لیتیوم یون سنگین 43.4G انفجاری 5.45 gtnt را می گیرد و به معادل TNT 1/8 می رسد.

دلیل اینکه باتری لیتیوم یونی به یک واکنش ردوکس شدید پاسخ نمی دهد اما در یک واکنش الکتروشیمیایی دائماً به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و دائماً به انرژی الکتریکی تبدیل می شود زیرا دیافراگم به طور مؤثر فیزیکی ایزوله شده و عایق هدایت الکترونیکی (و وجود الکترولیت) است. با این حال، هنگامی که علل داخلی یا خارجی مختلف باعث خرابی دیافراگم می شود، قطب مثبت و منفی مستقیماً در تماس است، این اتصال کوتاه داخلی انرژی الکتریکی را آزاد می کند، گرمای زیادی وجود دارد و دمای بالا را به همراه می آورد، آسیب فوری به سیستم شیمیایی داخلی باتری وارد می کند که منجر به ثبات می شود. که منجر به گاز شدن آنی الکترولیت می شود، و شامل پودر ماده فعال الکترود منفی مثبت است که محفظه باتری را بیرون می زند، عواقب سوختن یا حتی انفجار را به همراه دارد، این فرآیند حرارت خارج از کنترل نامیده می شود (به عنوان TR نامیده می شود). بر اساس آمار صحنه های تصادف خودروهای برقی در سال های اخیر، بیشتر تصادفات به صورت «خودسوزی» شامل ایستادن (تخلیه بدون باتری)، حین رانندگی (تخلیه باتری) و شارژ می باشد.

یک قطعه کوچک حادثه ای است که در اثر خرابی یک منبع گرمای خارجی، برخورد، و مدار کنترل رخ می دهد. "احتراق خود به خود" متعلق به از دست دادن گرمای خود به خود است، دومی در مجموع به عنوان حرارتی خارج از کنترل سوء استفاده حرارتی، سوء استفاده مکانیکی، سوء استفاده الکتریکی نامیده می شود). اگرچه این دو نوع سناریو در نهایت توسط دمای نهایی ایجاد می شوند، احتراق و مکانیسم های دیگر مشابه هستند، تفاوت زیادی در دشواری راه اندازی تحقیقات وجود دارد.

در حال حاضر، حرارت خارج از کنترل تحت سوء استفاده توسط شرایط تحریک کنترل می شود. در سال های اخیر پیشرفت زیادی داشته است که اساساً قادر است مکانیسم های شرایط مختلف سوء استفاده و مکانیسم و ​​خطرات بعدی را به صورت کمی توصیف کند. با این حال، خارج از کنترل حرارتی خود به خود، به دلیل نامفهوم بودن پیچیده آن، باتری پس از خارج شدن از کنترل حرارتی به طور کامل آسیب دیده است، بازیابی وضعیت میکرو قبل از از دست دادن گرما دشوار است، به یک تحقیق دشوار تبدیل می شود.

چرا پیش‌بینی دمای خارج از کنترل باتری لیتیوم یون دشوار است؟ خارج از کنترل حرارتی خود به خودی بزرگترین نگرانی امنیتی خودروهای الکتریکی فعلی است. چرا پیشگیری مشکل است؟ این را باید از ساخت باتری ها گفت. اگر هر باتری کاملاً از ذرات مواد میکرو الکترود، دیافراگم تا صفحه ماکروسکوپی سازگار باشد، بسته مسکن 100 است.

000000000% که قطعا یک بسته باتری از هزاران یا صدها هزار باتری از این قبیل خواهد داشت. ویژگی های امنیتی بهتر ممکن است متوجه شوید که صدها درصد عبارات در اینجا کمی متفاوت است، ده صفر پشت سر آن وجود دارد، که نشان دهنده انتظار ایده آل است - باتری در مقیاس کامل بالا.

همانطور که مشخص است، پیامد ناهماهنگی باتری این است که باتری ضعیف‌تر از عملکرد سریع‌تر تحلیل می‌رود، مقداری غیرفعال‌سازی غیرفعال می‌شود، مستقیماً نامعتبر است. همچنین یک جاده تا حدی متفاوت وجود دارد - مدارهای کوتاه داخلی و گرما خارج از کنترل، سوختن، انفجار. آیا اتصال کوتاه مدت کوتاه مدت در این آسیب وجود دارد؟ دلیل آن این است که این واپاشی بسیار کند است و سیگنال ولتاژ خارجی مشخص نیست. دوم این است که باتری مستقیماً در چند دقیقه از کنترل حرارتی مخرب خارج می شود، باتری کامل است، شواهد قابل ردیابی نیست، که باعث پیشرفت تحقیقات این زمینه نیز می شود.

شبیه سازی دقیق مدارهای کوتاه مدت، هنوز یک مشکل است. علاوه بر این، باتری شبیه جعبه سیاه است، اگرچه می‌توانیم از برخی طیف‌سنج‌های الکتروشیمیایی و ابزارهای فنی سی‌تی درجا برای نظارت بر تغییرات تک باتری و ریزساختار داخلی استفاده کنیم، اما نمی‌توانیم پیش‌بینی کنیم که کدام ده‌ها میلیون باتری در «مرگ ناگهانی» طی چند ماه یا پس از چند سال مورد مطالعه دقیق قرار می‌گیرد. هر باتری تقریباً هیچ خطری برای خود اختراع ندارد، اما کدام یک "مرگ ناگهانی" پس از نیم سال یا سه سال بعد یا در زمستان چن است که باعث یک حادثه سوختگی در مقیاس بزرگ می شود؟ اکنون پیش بینی آن سخت است.

این مثل بدن ما نیست؟ پارامترهای مواد باتری و فرآیندهای ساخت مشابه ژن‌های ما، سیستم شارژ و تخلیه باتری مانند عادات غذایی ما است، استفاده از باتری دمای محیط مانند محیط رشد را تغییر می‌دهد. با رشد، بدن برخی از افراد همیشه وجود دارد، التهاب طولانی مدت یا ضایعات عروقی جدی تر وجود خواهد داشت، در نتیجه ممکن است در مدت کوتاهی به سرطان تبدیل شود یا باعث سکته شود، که شبیه به اتصال کوتاه باتری و ترموستات بعدی است. اگر ما توانایی انجام پایش بلادرنگ سلامت هر فرد را در ۲۴ ساعت روی زمین داشته باشیم، می‌توانیم یک ناهنجاری را کشف کنیم و سرطان و سکته را از بین ببریم، اما واضح است که این موضوع واقعی نیست.

به طور مشابه، ما نیز دشوار است که جامع ترین نظارت بر زمان واقعی هر باتری را تحمل کنیم، اکنون قادر به مونتاژ ماژولی هستیم که ده ها باتری را برای نظارت بر ولتاژ و دمای کلی می سازد، و این خود به خودی از مطالعه و جلوگیری از سلول های باتری است. یکی از مواردی که می توان تعیین کرد بهبود عملکرد ثابت باتری برای بهبود امنیت و قابلیت اطمینان بسته باتری است. با این حال، سازگاری کامل را نمی توان انجام داد، ذرات مواد فعال مثبت و منفی باتری، هر یک از اشکال، شرایط سطح، عیوب و غیره.

از باتری، تا زمانی که وضوح به اندازه کافی بالا باشد، می توان آن را دید. علاوه بر مواد خام، آماده‌سازی باتری شامل ده‌ها فرآیند پیچیده است که می‌خواهند باتری را ثابت نگه دارند، بسیار دشوار است. اگرچه سرمایه‌گذاری قدرتمند صنعت باتری‌های لیتیوم یونی اکنون به منظور دستیابی به دقت پردازش بالاتر است، تعداد مواد خام و فرآیندهای پیچیده آماده‌سازی باتری‌های لیتیوم یون باعث می‌شود تا به یک کار بی‌پایان تبدیل شود.

البته خودروهای الکتریکی به توسعه خود ادامه خواهند داد، کشور من به ترویج فناوری ذخیره سازی در مقیاس بزرگ در سیستم های انرژی ادامه خواهد داد. با توجه به وضعیت موجود ساختار انرژی در چین، خودروهای برقی نقش مهمی در استراتژی میان مدت و بلندمدت انرژی و توسعه پایدار آینده کشور من دارند. من معتقدم که با ادامه توسعه سریع سیستم فناوری باتری، قابلیت اطمینان و ایمنی آن در 5-10 سال آینده به طور قابل توجهی بهبود خواهد یافت.

با این حال، جلوگیری از تصادف باتری لیتیوم یون کاملاً غیرممکن است. البته در مورد رعایت واقعیت عینی راه های زیادی برای بهبود ایمنی وجود دارد. اولین مورد، فناوری هشدار نوآورانه است، مانند گزارش اخیر دانشگاه استنفورد در مورد ضبط حساس سیگنال هیدروژنی که می تواند باتری هشدار دهنده لیتیوم یون حرارتی را از کنترل خارج کند، که برای فرار پرسنل روی ماشین الکتریکی کافی است.

علاوه بر این، تکنیک "خود سمی" باتری نیز موثرتر است و مکانیسم آن به این صورت است که وقتی باتری خارج از کنترل حرارت تولید می کند، می توان برخی از مواد شیمیایی خاص را آزاد کرد تا "痪" داخل باتری غیرفعال شود و زنجیره حرارتی خارج از کنترل قطع شود. با توجه به ایمنی باتری لیتیوم یون، به شدت فناوری بهبود ایمنی نوآورانه و کارآمد را توسعه دهید، به طور مداوم ثبات تولید باتری را بهبود بخشید. یک روز دیگر این نوع اخبار «انفجاری» در زندگی ما ظاهر نمی شود، می توانیم با خیال راحت از وسایل نقلیه برقی استفاده کنیم.

تشکر و قدردانی: با تشکر از دانشگاه Tsinghua، وانگ لی و کالج خودرو، Feng Xunning، دو معلم، مطالب مرتبط و بحث های مفید را ارائه کردند.