מדוע סוללת הליתיום-יון של הרכב החשמלי מתפוצצת, האם הטכנולוגיה יכולה למנוע זאת?

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Draagbare kragstasie verskaffer

אנחנו נכנסים לעידן החדש של מהפכת האנרגיה, אבל כשנמשיך להתעלם מהעתיד היפה של האנרגיה החשמלית, זה לא ידאג, האם סוללת הליתיום-יון בטוחה? תאונות פיצוץ הנגרמות על ידי סוללות מכוניות חשמליות: מדוע Xinhua.com מרגיש תכוף בשנים האחרונות בשנים האחרונות? בין אם זה מכוניות חשמליות או תחנות כוח אחסון, אתה בלתי נפרד ממכשיר מפתח - סוללה. כמעט כל כלי הרכב החשמליים ויותר מ-70% מתחנות הכוח לאחסון אנרגיה כימית הם כולם סוללות ליתיום יון, שהיא הסוללה המשמשת בטלפונים הניידים והמחשבים הניידים שלנו.

מכיוון שסוללת הליתיום-יון מצטיינת בניידות של אנרגיה חשמלית, התפתחות עידן המידע שלנו מוגברת. לכן, ישנם שלושה מדענים שתרמו לפיתוח טכנולוגיית סוללת ליתיום-יון לפרס נובל הכימיקל. הודות לפיתוח סוללות הליתיום-יון, סצנת השימוש קרובה מאוד, הטלפון הנייד שלנו, המצלמה ואוזניות הבלוטות&39; שלנו חייבות להיות כאלה, אבל למה זה מיושם על מכוניות חשמליות, סוללת הליתיום-יון קרו כל כך הרבה תאונות? זו למעשה בעיית הסתברות.

לדוגמה, מצבר מיובא בשימוש ברכב חשמלי מיובא הוא מיליון בלבד, אך יש להתקין 8,000 מצברים כאלה על מכונית, אשר שווה ערך ל-10,000 מצברים להתקנת 1250 רכבים חשמליים. כלומר, בתיאוריה 1250 רכבים חשמליים, יש מצבר במכונית עלולה להיות תאונה. אם תאונה זו שייכת לשריפת המצבר או לרמת פיצוץ, ניתן לגרום לתגובת שרשרת בה המצבר מסביבו, ובכך לגרום לתאונה של שריפת רכב חשמלי.

הדבר נכון גם לגבי לינה בתחנת הכוח לאגירת אנרגיה, בהשוואה לרכב חשמלי לאחסון 50 עד 100 מעלות, גוף המיכל של הסוללה יכול בדרך כלל לאחסן 1000 מעלות, ותחנת כוח בינונית גדולה לאגירת אנרגיה היא לעתים קרובות עשרות עשרות. מובן כי נעשה שימוש בסוללה בקנה מידה כה גדול, מדי פעם מתרחשת מדי פעם. מצד שני, הבעירה של כלי רכב חשמליים ותחנות כוח לאגירת אנרגיה, ההשלכות של תאונות פיצוץ הן כמובן חמורות יותר מסוללות טלפונים ניידים, ואמצעי ההגנה הנוכחיים מפני אש כמעט בלתי אפשריים.

כמובן, אנחנו לא יכולים להתעלם מהחדשות האלה שהחדשות האלה מתפשטות כל כך מהר, והתקריות החמורות שגרמו לנפגעים גרמו להשפעה חברתית גדולה. מדוע סוללת הליתיום יון תישרף או אפילו תתפוצץ? סוללת ליתיום-יון היא רכיב המכיל רכיבים, אשר חשוב המורכב מאלקטרודה חיובית, אלקטרודה שלילית, אלקטרוליט וסרעפת. לאחר הטעינה, החיובי שלו הוא בדרך כלל תחמוצת מתכת מעבר, בעלת עמידות חזקה לחמצון; אלקטרודה שלילית מוטבעת בכמות גדולה של ליתיום, שיש לה רדוקטיבי חזק מאוד.

האלקטרוליט הוא בדרך כלל אסטרים אורגניים, בעלי המאפיינים של נקודת התכה נמוכה ודליק. חשוב לציין כי חזיזים בחיינו הם גם מכשיר שמבין את המרכיבים המכילים אבק שריפה לגופרית (גופרית, נוסחה כימית s) דייט (אבן, סוג כימי KNO3) שלושה פחמים, מתוכם ניטרוזיט הוא חומר מחמצן חזק, גופרית ופחם הם חומרי הפחתה. לאחר שהחלק החיצוני מקבל יותר מ-120 מעלות של גירוי, התגובה להפחתת החמצון בחזיז מתרחשת באופן דרמטי, משחררת הרבה גז וחום, חסינות אש, חזיזים התפוצצו.

ניתן לראות שלסוללת ליתיום-יון תיאורטית יש תגובת חיזור משוחררת מאוד, והאלקטרוליט הפנימי שלה בעיר יכול גם לעזור לתגובה זו, ולהביא לתוצאות של שריפה או אפילו פיצוץ. כמה גדול הכוח של סוללות ליתיום יון בוערות או מתפוצצות? אור מאגירת האנרגיה החשמלית שלה, 150WH / ק"ג צפיפות אנרגיה האנרגיה החשמלית הרגילה של סוללת ליתיום יון היא בערך 1/10 של פיצוץ TNT נפץ, צפיפות אנרגיה תרמית. בשנים האחרונות, המחקר מובהק, האלקטרודה השלילית החיובית בתאונת סוללת הליתיום-יון יכולה להתרחש ישירות בנסיבות מיוחדות, או אפילו נוזלי ריכוז אלומיניום ונחושת יכולים גם להשתתף ישירות בתגובה בצורה של חומרי הפחתת, וחום החום צריך להיות גבוה משמעותית מאחסון הסוללה התואם לאנרגיה.

באופן כללי, תאונת בטיחות בחלל הסגור, הטמפרטורה המקסימלית יכולה להגיע ל-800 מעלות צלזיוס, וסוללת ליתיום יון כבדה של 43.4G מקבלת פרץ של פיצוץ של 5.45 GTN, ומגיעה ל-TNT המקבילה ל-1/8.

הסיבה לכך שסוללת הליתיום יון אינה מגיבה לתגובת חיזור מאומצת אלא מומרת כל הזמן לאנרגיה חשמלית בתגובה אלקטרוכימית, והיא מומרת כל הזמן לאנרגיה חשמלית מכיוון שהסרעפת מבודדת פיזית ביעילות ובידוד הולכה אלקטרונית (וקיום האלקטרוליט). עם זאת, כאשר סיבות פנימיות או חיצוניות שונות גורמות לכשל בסרעפת, אז הקוטב החיובי והשלילי נוצר במגע ישיר, הקצר הפנימי הזה יביא לשחרור אנרגיה חשמלית, יש הרבה חום ויביא לטמפרטורה גבוהה, נזק מיידי למערכת הכימית הפנימית של הסוללה, וכתוצאה מכך ליציבות. וכתוצאה מכך גיזוז מיידי של האלקטרוליט, וכולל את אבקת החומר הפעיל של האלקטרודה השלילית החיובית שפולטת את בית הסוללה, להביא את ההשלכות של שריפה או אפילו פיצוץ, תהליך זה נקרא חום שיצא משליטה (המכונה TR). לפי הסטטיסטיקה של זירות תאונות רכב חשמלי בשנים האחרונות, רוב התאונות הן "הצתה עצמית", לרבות עמידה (פריקה ללא סוללה), בזמן נהיגה (פריקת סוללה) וטעינה.

חלק קטן הוא תאונה המתרחשת כאשר מקור חום חיצוני, התנגשות וכשל במעגל הבקרה. "בעירה ספונטנית" שייכת לאיבוד חום ספונטני, זה האחרון מכונה ביחד תרמית שיצאה משליטה של ​​התעללות תרמית, התעללות מכנית, התעללות חשמלית). למרות ששני סוגי התרחישים נוצרים בסופו של דבר על ידי הטמפרטורה האולטימטיבית, בעירה ומנגנונים אחרים דומים, יש הבדל גדול בקושי להשיק מחקר.

נכון לעכשיו, התרמית שיצאה משליטה תחת ההתעללות נשלטת על ידי תנאי העירור. בשנים האחרונות היא התקדמה מאוד, שבעצם מסוגלת לתאר בצורה כמותית את המנגנונים של תנאי התעללות שונים ואת המנגנון והסכנות הבאות. עם זאת, תרמית ספונטנית יצאה משליטה, בשל חוסר ההבנה המסובכת שלה, הסוללה לאחר חוסר שליטה תרמית ניזוקה לחלוטין, קשה לשחזר את מצב המיקרו לפני אובדן החום, הפכה למחקר קשה.

מדוע קשה לחזות סוללת ליתיום-יון תרמית ללא שליטה? תרמית ספונטנית שיצאה משליטה היא חרדת האבטחה הגדולה ביותר של המכונית החשמלית הנוכחית. למה קשה למנוע? זה צריך להיאמר מייצור סוללות. אם כל סוללה עקבית לחלוטין מחלקיקי חומר המיקרו אלקטרודה, הדיאפרגמה ללוח המקרוסקופי, חבילת הדיור היא 100.

000000,000%, שבהחלט תהיה מארז סוללות המורכב מאלפי או מאות אלפי סוללות כאלה. תכונות אבטחה טובות יותר. אולי תשימו לב שמאות אחוזי ביטויים כאן הם קצת שונים, יש עשרה אפסים מאחוריהם, מה שמייצג אידיאלי צפוי - סוללה בקנה מידה מלא.

כידוע, התוצאה של חוסר עקביות בסוללה היא שהסוללה שירדה בביצועים תתפורר מהר יותר, פסיביות מסויימת מושבתת, בלתי חוקית ישירות; יש גם דרך שונה בחלקה - קצרים פנימיים וחום שיצא משליטה, שריפה, פיצוץ. האם יש קצר טווח קצר טווח בנזק זה? הסיבה היא שהדעיכה הזו איטית מאוד ואות המתח החיצוני אינו ברור. השני הוא שהסוללה נכנסת ישירות לתרמית ההרסנית ללא שליטה תוך דקות ספורות, הסוללה גמורה, לא ניתן לאתר את הראיות, מה שגם גורם לתחום זה להתקדם במחקר.

ממש מדמיית קצרים קצרי טווח במדויק, עדיין בעיה. בנוסף, הסוללה דומה לקופסה שחורה, אם כי אנו יכולים להשתמש בכמה ספקטרומטרים אלקטרוכימיים ובאמצעים טכניים CT באתרו כדי לנטר שינויים בודדים בסוללה ומבנה מיקרו פנימי, אך איננו יכולים לחזות אילו עשרות מיליוני סוללות זה ייבדק בקפדנות ב"מוות פתאומי" בעוד מספר חודשים או לאחר מספר שנים. כל סוללה היא כמעט לא סיכון להמצאה עצמית, אבל מה זה "מוות פתאומי" לאחר חצי שנה או שלוש שנים לאחר מכן או בחורף חן, גרימת תאונת שריפה בקנה מידה גדול? קשה לחזות עכשיו.

זה כאילו בניגוד לגוף שלנו? פרמטרים של חומרי סוללה ותהליכי ייצור בדומה לגנים שלנו, מערכת הטעינה והפריקה של הסוללה היא כמו הרגלי האכילה שלנו, שינויים בטמפרטורת הסביבה כמו סביבת גידול. עם הצמיחה, תמיד יש גוף של אנשים מסוימים, יהיו דלקות ארוכות טווח או נגעים וסקולריים חמורים יותר, ובכך אפשרי התפתחות לסרטן או לגרום לשבץ תוך זמן קצר, דבר הדומה לקצר הסוללה ותרמוסטט שלאחר מכן. אם יש לנו את היכולת לבצע ניטור בזמן אמת על בריאותו של כל אדם 24 שעות ביממה על פני כדור הארץ, נוכל לגלות חריגה ולהיפטר מסרטן ושבץ מוחי, אבל זה כמובן לא ממשי.

באופן דומה, קשה לנו גם לשאת את הניטור המקיף ביותר בזמן אמת של כל סוללה, כעת מסוגלים להרכיב מודול שמייצר עשרות סוללות לניטור המתח והטמפרטורה הכוללת, וזה ספונטני מהמחקר ומניעה של תאי סוללה. הדרישות של תרמית יוצאת מכלל שליטה הן ללא ספק פער. דבר אחד שניתן לקבוע הוא לשפר את הביצועים העקביים של הסוללה כדי לשפר את האבטחה והאמינות של ערכת הסוללות. עם זאת, לא ניתן לעשות את העקביות המושלמת, חלקיקי הסוללה חומרים פעילים חיוביים ושליליים, כל אחת מהצורות, תנאי פני השטח, פגמים וכו&39;.

של הסוללה, כל עוד הרזולוציה גבוהה מספיק, ניתן לראות אותה. בנוסף לחומרי הגלם, הכנת הסוללה כוללת עשרות תהליכים מורכבים, שרוצים לשמור על עקביות סוללה קשה מאוד. למרות שההשקעה החזקה בתעשיית סוללות הליתיום-יון היא כעת על מנת להשיג דיוק עיבוד גבוה יותר, מספר חומרי הגלם ותהליכי ההכנה המורכבים של סוללות ליתיום-יון הופכים את העקביות למשימה בלתי נגמרת.

מכוניות חשמליות כמובן ימשיכו להתפתח, המדינה שלי תמשיך לקדם טכנולוגיית אחסון בקנה מידה גדול במערכות אנרגיה. על פי הסטטוס קוו של מבנה האנרגיה בסין, לכלי רכב חשמליים יש תפקיד חשוב באסטרטגיית האנרגיה הבינונית והארוכה של ארצי ובפיתוח בר-קיימא עתידי. אני מאמין שעם המשך הפיתוח המהיר של מערכת טכנולוגיית המצברים, האמינות והבטיחות שלה ישתפרו משמעותית ב-5-10 השנים הקרובות.

עם זאת, מניעת תאונת שריפת סוללת הליתיום-יון לחלוטין, כמעט בלתי אפשרית. כמובן שבמקרה של כיבוד המציאות האובייקטיבית, ישנן דרכים רבות לשפר את הבטיחות. הראשון הוא טכנולוגיית האזהרה החדשנית, כמו הדו"ח האחרון של אוניברסיטת סטנפורד על לכידה רגישה של אות המימן יכולה לדחוף את תרמית סוללת הליתיום-יון האזהרה מכלל שליטה, וזה מספיק כדי לברוח מהצוות במכונית החשמלית.

בנוסף, טכניקת ה"רעילה עצמית" של הסוללה גם יעילה יותר, והמנגנון שלה הוא כאשר הסוללה מייצרת תרמית ללא שליטה, ניתן לשחרר כמה כימיקלים מיוחדים כדי לפסיבי "痪" בתוך הסוללה, לקטוע את השרשרת התרמית שיצאה משליטה. לגבי הבטיחות של סוללת ליתיום-יון, פתח במרץ טכנולוגיית שיפור בטיחות חדשנית ויעילה, שפר ללא הרף את עקביות ייצור הסוללות. יום אחד, חדשות "נפצות" מסוג זה כבר לא יופיעו בחיינו, נוכל להשתמש בכלי רכב חשמליים בראש שקט.

תודות: תודה לאוניברסיטת Tsinghua, Wang Li and Vehicle College, Feng Xunning, שני מורים, סיפקו את החומרים הרלוונטיים ודיונים שימושיים.