Perché la batteria agli ioni di litio dei veicoli elettrici esplode? La tecnologia può impedirlo?

Autore: Iflowpower – Fornitore di stazioni di alimentazione portatili

Stiamo entrando nella nuova era della rivoluzione energetica, ma quando continuiamo a trascurare il meraviglioso futuro dell&39;energia elettrica, non ci preoccuperemo, la batteria agli ioni di litio è sicura? Incidenti da esplosione causati da batterie per auto elettriche: perché Xinhua.com si sente frequente negli ultimi anni negli ultimi anni? Che si tratti di auto elettriche o di centrali elettriche di accumulo, sei inseparabile da un dispositivo chiave: la batteria. Quasi tutti i veicoli elettrici e oltre il 70% delle centrali elettriche ad accumulo di energia chimica sono dotate di batterie agli ioni di litio, le stesse utilizzate nei nostri telefoni cellulari e computer portatili.

Poiché la batteria agli ioni di litio migliora la portabilità dell&39;energia elettrica, lo sviluppo della nostra era informatica ne trae vantaggio. Sono quindi tre gli scienziati che hanno contribuito allo sviluppo della tecnologia delle batterie agli ioni di litio, aggiudicandosi il premio Nobel per la chimica. Grazie allo sviluppo delle batterie agli ioni di litio, la scena d&39;uso è molto vicina, il nostro telefono cellulare, la macchina fotografica e le cuffie Bluetooth devono esserlo, ma perché viene applicata alle auto elettriche, la batteria agli ioni di litio ha causato così tanti incidenti? Questo è in realtà un problema di probabilità.

Ad esempio, una batteria importata utilizzata in un veicolo elettrico importato vale solo un milione, ma su un&39;auto devono essere installate 8.000 batterie di questo tipo, il che equivale a 10.000 batterie per installare 1.250 veicoli elettrici. Ciò significa che, in teoria, su 1250 veicoli elettrici, una batteria inserita in un&39;auto potrebbe causare un incidente. Se l&39;incidente è dovuto all&39;incendio della batteria o a un&39;esplosione, è possibile che si verifichi una reazione a catena che coinvolge la batteria circostante, provocando così un incidente con incendio del veicolo elettrico.

Lo stesso vale per la sistemazione nella centrale elettrica di accumulo di energia: rispetto a un veicolo elettrico che immagazzina da 50 a 100 gradi, il corpo del contenitore di una batteria può generalmente immagazzinare 1000 gradi e una centrale elettrica di accumulo di energia di medie dimensioni è spesso composta da decine di decine di tali contenitori per batterie di accumulo di energia. È noto che occasionalmente si verifica l&39;uso di una batteria di tali dimensioni. D&39;altro canto, la combustione di veicoli elettrici e di centrali elettriche ad accumulo di energia, le conseguenze degli incidenti dovuti a esplosioni sono ovviamente più gravi delle batterie dei telefoni cellulari e le attuali misure antincendio sono pressoché impossibili.

Naturalmente non possiamo ignorare la notizia che si sta diffondendo così rapidamente e che i gravi incidenti che hanno causato vittime hanno avuto un impatto sociale notevole. Perché la batteria agli ioni di litio brucia o addirittura esplode? La batteria agli ioni di litio è un componente contenente componenti, che è importante che sia costituito da elettrodo positivo, elettrodo negativo, elettrolita e diaframma. Dopo la carica, l&39;elettrodo positivo è generalmente un ossido di metallo di transizione, che ha una forte resistenza all&39;ossidazione; l&39;elettrodo negativo è immerso in una grande quantità di litio, che ha una forte capacità riducente.

L&39;elettrolita è generalmente costituito da esteri organici, che presentano le caratteristiche di basso punto di fusione e di infiammabilità. È importante notare che i petardi nelle nostre vite sono anche un dispositivo che comprende gli ingredienti contenenti polvere da sparo in uno zolfo (zolfo, formula chimica s) diit (pietra, tipo chimico KNO3) tre carbone, di cui il nitrosito è un forte agente ossidante, lo zolfo e il carbone sono agenti riducenti. Dopo che l&39;esterno è stato sottoposto a una stimolazione di oltre 120 gradi, la reazione di ossidoriduzione nel petardo avviene in modo drammatico, rilasciando una grande quantità di gas e calore, rendendolo ignifugo e facendo esplodere il petardo.

Si può osservare che una batteria teorica agli ioni di litio ha una reazione redox altamente rilasciata e che anche il suo elettrolita combustibile interno può favorire questa reazione, provocando incendi o addirittura esplosioni. Quanto è grande la potenza delle batterie agli ioni di litio che bruciano o esplodono? Luce dal suo accumulo di energia elettrica, densità di energia 150WH / kg l&39;energia elettrica della batteria agli ioni di litio ordinaria è circa 1/10 dell&39;esplosione esplosiva del TNT, densità di energia termica. Negli ultimi anni, la ricerca ha dimostrato in modo conclusivo che l&39;elettrodo positivo negativo nell&39;incidente della batteria agli ioni di litio può verificarsi direttamente in circostanze speciali, o anche i fluidi di concentrazione di alluminio e rame possono partecipare direttamente alla reazione come agenti riducenti, e il calore del calore dovrebbe essere significativamente più alto dell&39;accumulo di energia della batteria.

In generale, in caso di incidente di sicurezza in uno spazio chiuso, la temperatura massima può raggiungere gli 800 °C e una batteria agli ioni di litio pesante da 43,4 G subisce un&39;esplosione di 5,45 gtnt, raggiungendo l&39;equivalente di 1/8 di TNT.

Il motivo per cui la batteria agli ioni di litio non risponde a una reazione redox intensa, ma viene costantemente convertita in energia elettrica in una reazione elettrochimica, è che il diaframma è fisicamente isolato in modo efficace e l&39;isolamento della conduzione elettronica (e l&39;esistenza dell&39;elettrolita) sono due. Tuttavia, quando varie cause interne o esterne provocano il guasto del diaframma, il polo positivo e quello negativo vengono a contatto direttamente, questo cortocircuito interno rilascerà energia elettrica, si svilupperà molto calore e si verificheranno alte temperature, con danni immediati al sistema chimico interno della batteria, con conseguente stabilità. L&39;elettrolita negativo, l&39;elettrolita positivo, l&39;elettrodo negativo e l&39;elettrodo positivo, e persino la reazione redox coinvolta nel fluido corrente, si riscaldano istantaneamente, con conseguente gassificazione istantanea dell&39;elettrolita, e inclusa la polvere di materiale attivo dell&39;elettrodo positivo negativo che espelle l&39;alloggiamento della batteria, con conseguenze di combustione o addirittura esplosione, questo processo è chiamato calore fuori controllo (indicato come TR). Secondo le statistiche sugli incidenti con veicoli elettrici degli ultimi anni, la maggior parte degli incidenti avviene per "autocombustione", sia in sosta (scarica senza batteria), sia durante la guida (scarica della batteria) sia in fase di ricarica.

Una piccola parte è un incidente che si verifica quando una fonte di calore esterna, una collisione e un guasto del circuito di controllo. La "combustione spontanea" rientra nella categoria delle perdite di calore spontanee; quest&39;ultima è definita collettivamente come perdita di controllo termico (abuso termico, abuso meccanico, abuso elettrico). Sebbene i due tipi di scenari siano in ultima analisi determinati dalla temperatura massima, la combustione e altri meccanismi siano simili, vi è una grande differenza nella difficoltà di avviare la ricerca.

Attualmente, la perdita di controllo termico in caso di abuso è controllata dalle condizioni di eccitazione. Negli ultimi anni ha fatto grandi progressi, fondamentalmente riuscendo a descrivere quantitativamente i meccanismi di varie condizioni di abuso, nonché i meccanismi e i pericoli conseguenti. Tuttavia, la perdita di controllo termico spontanea, a causa della sua complicata incomprensibilità, danneggia completamente la batteria dopo la perdita di controllo termico, rendendo difficile il ripristino della micro situazione prima della perdita di calore, diventando una ricerca ardua.

Perché è difficile prevedere una batteria agli ioni di litio che va fuori controllo termico? La fuori controllo termico spontaneo è la più grande ansia per la sicurezza delle auto elettriche attuali. Perché è difficile prevenirlo? Questo dovrebbe essere detto a partire dalla fabbricazione delle batterie. Se ogni batteria è completamente omogenea, dalle particelle del materiale del microelettrodo, dal diaframma alla piastra macroscopica, il pacchetto dell&39;alloggiamento è 100.

000000,000%, che avrà sicuramente un pacco batteria composto da migliaia o centinaia di migliaia di tali batterie. Migliori funzionalità di sicurezza. Si può notare che le espressioni delle centinaia di percentuali sono leggermente diverse, ci sono dieci zeri dietro, il che rappresenta un valore ideale previsto: la batteria a piena potenza è alta.

Come è noto, la conseguenza dell&39;incoerenza della batteria è che la batteria con prestazioni degradate si deteriorerà più velocemente, una parte della passivazione verrà disattivata, diventando direttamente non valida; esiste anche una strada parzialmente diversa: cortocircuiti interni e calore fuori controllo, bruciature, esplosioni. C&39;è un cortocircuito a breve termine in questo danno? Il motivo è che questo decadimento è molto lento e il segnale di tensione esterna non è ovvio. La seconda è che la batteria entra direttamente nel controllo termico distruttivo in pochi minuti, la batteria è completa, le prove non possono essere rintracciate, il che rende anche questo campo di ricerca progressivo.

Simulare in modo davvero accurato i cortocircuiti di breve durata è ancora un problema. Inoltre, la batteria è simile a una scatola nera: sebbene possiamo utilizzare alcuni spettrometri elettrochimici e mezzi tecnici di TC in situ per monitorare i cambiamenti individuali della batteria e la microstruttura interna, non possiamo prevedere quali decine di milioni di batterie saranno sottoposte a meticoloso studio in "morte improvvisa" tra diversi mesi o dopo diversi anni. Ogni batteria non è quasi nessun rischio autoinventivo, ma quale è la "morte improvvisa" dopo sei mesi o tre anni dopo o in inverno Chen, causando un incidente di combustione su larga scala? È difficile prevederlo ora.

Questo è diverso dal nostro corpo? Parametri dei materiali delle batterie e processi di produzione Similmente ai nostri geni, il sistema di carica e scarica delle batterie è come le nostre abitudini alimentari, l&39;uso delle batterie cambia la temperatura ambiente come l&39;ambiente di crescita. Con la crescita, ci sono sempre alcune persone nel corpo, ci saranno infiammazioni a lungo termine o lesioni vascolari più gravi, quindi possibile sviluppo di cancro o causare ictus in breve tempo, che è simile al cortocircuito della batteria e al successivo termostato. Se avessimo la possibilità di monitorare in tempo reale la salute di ogni persona sulla Terra, 24 ore su 24, potremmo scoprire un&39;anomalia ed evitare tumori e ictus, ma questo ovviamente non è possibile.

Allo stesso modo, è anche difficile per noi sopportare il monitoraggio più completo in tempo reale di ogni batteria, ora in grado di assemblare un modulo che realizza decine di batterie per monitorare la tensione e la temperatura complessiva, e questo è spontaneo dallo studio e dalla prevenzione delle celle della batteria. I requisiti di controllo termico fuori controllo sono ovviamente lacuna. Una cosa che si può determinare è come migliorare le prestazioni costanti della batteria per aumentare la sicurezza e l&39;affidabilità del pacco batteria. Tuttavia, non è possibile ottenere una consistenza perfetta, le particelle delle sostanze attive positive e negative della batteria, ciascuna delle forme, condizioni della superficie, difetti, ecc.

della batteria, purché la risoluzione sia sufficientemente alta, è possibile vederlo. Oltre alle materie prime, la preparazione della batteria comporta decine di processi complessi, rendendo molto difficile mantenere la batteria uniforme. Sebbene l&39;industria delle batterie agli ioni di litio stia investendo molto per ottenere una maggiore precisione di lavorazione, il numero di materie prime e i complessi processi di preparazione delle batterie agli ioni di litio rendono la coerenza un compito infinito.

Naturalmente le auto elettriche continueranno a svilupparsi e il mio Paese continuerà a promuovere la tecnologia di accumulo su larga scala nei sistemi energetici. Considerando lo status quo della struttura energetica in Cina, i veicoli elettrici svolgono un ruolo importante nella strategia energetica a medio e lungo termine del mio Paese e nel futuro sviluppo sostenibile. Credo che con il continuo e rapido sviluppo della tecnologia delle batterie, la loro affidabilità e sicurezza miglioreranno notevolmente nei prossimi 5-10 anni.

Tuttavia, impedire completamente l&39;incendio della batteria agli ioni di litio è quasi impossibile. Naturalmente, nel caso del rispetto della realtà oggettiva, ci sono molti modi per migliorare la sicurezza. Il primo è l&39;innovativa tecnologia di avviso, come dimostra il recente rapporto della Stanford University sulla cattura sensibile del segnale dell&39;idrogeno, in grado di far uscire dal controllo la temperatura della batteria agli ioni di litio, sufficiente a far sfuggire il personale a bordo dell&39;auto elettrica.

Inoltre, la tecnica "autotossica" della batteria è anche più efficace e il suo meccanismo è che quando la batteria genera una scarica termica fuori controllo, alcune sostanze chimiche speciali possono essere rilasciate per passivare la "batteria" all&39;interno della batteria, interrompendo la catena della scarica termica fuori controllo. Per quanto riguarda la sicurezza delle batterie agli ioni di litio, sviluppare attivamente tecnologie innovative ed efficienti per il miglioramento della sicurezza e migliorare costantemente la coerenza nella produzione delle batterie. Un giorno, quando questo genere di notizie "esplosive" non faranno più la loro comparsa nelle nostre vite, potremo utilizzare i veicoli elettrici in tutta tranquillità.

Ringraziamenti: Ringraziamo la Tsinghua University, Wang Li e il Vehicle College, Feng Xunning, due insegnanti, che hanno fornito materiali pertinenti e utili discussioni.