Waarom explodeert de lithium-ionaccu van een elektrisch voertuig? Kan de technologie dit voorkomen?

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Портативті электр станциясының жеткізушісі

We gaan het nieuwe tijdperk van de energierevolutie in, maar als we de prachtige toekomst van elektrische energie blijven negeren, zal het ons geen zorgen maken, is de lithium-ionbatterij veilig? Explosie-ongelukken veroorzaakt door elektrische autobatterijen: waarom voel je je de laatste jaren vaak Xinhua.com? Of het nu gaat om elektrische auto&39;s of opslagcentrales, je bent onafscheidelijk van een belangrijk apparaat: de batterij. Vrijwel alle elektrische voertuigen en meer dan 70% van de chemische energieopslagcentrales zijn voorzien van lithiumionbatterijen. Deze batterijen worden ook gebruikt in onze mobiele telefoons en laptops.

Omdat de lithium-ionbatterij de draagbaarheid van elektrische energie overtreft, krijgt de ontwikkeling van ons informatietijdperk een boost. Er zijn dus drie wetenschappers die hebben bijgedragen aan de ontwikkeling van de lithium-ionbatterijtechnologie en die de Nobelprijs voor Chemie hebben gewonnen. Dankzij de ontwikkeling van lithium-ionbatterijen is de gebruiksscène erg dichtbij, onze mobiele telefoon, camera en Bluetooth-koptelefoon moeten het zijn, maar waarom wordt het toegepast op elektrische auto&39;s, de lithium-ionbatterij heeft zoveel ongelukken meegemaakt? Dit is eigenlijk een waarschijnlijkheidsprobleem.

Bijvoorbeeld, een geïmporteerde batterij die gebruikt wordt in een geïmporteerd elektrisch voertuig kost slechts één miljoen, terwijl er 8.000 van dergelijke batterijen in een auto moeten worden geïnstalleerd, wat gelijk staat aan 10.000 batterijen voor de installatie van 1.250 elektrische voertuigen. Dat wil zeggen dat in theorie 1250 elektrische voertuigen, waarvan de accu in een auto zit, een ongeluk kunnen krijgen. Als dit ongeval te wijten is aan een brandende accu of een explosie, dan kan er een kettingreactie ontstaan ​​waarbij de accu eromheen ontploft, waardoor een ongeval met een elektrisch voertuig kan ontstaan.

Hetzelfde geldt voor de accommodatie in de energieopslagcentrale. In vergelijking met een elektrisch voertuig om 50 tot 100 graden op te slaan, kan de containerbehuizing van een batterij over het algemeen 1000 graden opslaan, en een middelgrote energieopslagcentrale is vaak tientallen tientallen Verzameling van dergelijke energieopslagbatterijcontainers. Het is bekend dat een dergelijke grootschalige batterij af en toe wordt gebruikt. Aan de andere kant zijn de gevolgen van explosies bij de verbranding van elektrische voertuigen en energieopslagcentrales duidelijk ernstiger dan bij mobiele telefoonbatterijen. Bovendien zijn de huidige brandbeveiligingsmaatregelen vrijwel onmogelijk.

Natuurlijk kunnen we dit nieuws niet negeren, het verspreidt zich zo snel en de ernstige incidenten die slachtoffers maken, hebben een grote maatschappelijke impact. Waarom zal de lithium-ionbatterij branden of zelfs exploderen? Lithium-ionbatterij is een component-bevattende component, die belangrijk is en bestaat uit een positieve elektrode, negatieve elektrode, elektrolyt en membraan. Na het opladen is de positieve elektrode doorgaans een overgangsmetaaloxide, dat een sterke oxidatieweerstand heeft; de negatieve elektrode is ingebed in een grote hoeveelheid lithium, dat een zeer sterke reductie heeft.

De elektrolyt bestaat doorgaans uit organische esters, die een laag smeltpunt hebben en brandbaar zijn. Het is belangrijk om op te merken dat vuurwerk in ons leven ook een apparaat is dat de ingrediënten die buskruit bevatten, omzet in zwavel (zwavel, chemische formule s) diit (steen, chemisch type KNO3) drie houtskool, waarvan nitrosiet een sterk oxidatiemiddel is, zwavel en houtskool zijn reductiemiddelen. Nadat de buitenkant meer dan 120 graden gestimuleerd is, vindt er een dramatische oxidatiereducerende reactie plaats in het vuurwerk, waarbij veel gas en hitte vrijkomen, wat het vuurwerk onbrandbaar maakt en laat ontploffen.

Het is duidelijk dat de theoretische lithium-ionbatterij een sterk vrijkomende redoxreactie heeft en dat de interne brandbare elektrolyt ook kan bijdragen aan deze reactie, met als gevolg verbranding of zelfs een explosie. Hoe groot is het vermogen van lithium-ionbatterijen die branden of exploderen? Licht van zijn opgeslagen elektrische energie, 150 WH / kg energiedichtheid gewone lithium-ionbatterij elektrische energie is ongeveer 1/10 van TNT explosieve explosie, thermische energiedichtheid. Onderzoek van de afgelopen jaren heeft definitief uitgewezen dat een ongeval met de positieve en negatieve elektrode in een lithium-ionbatterij onder bijzondere omstandigheden direct kan plaatsvinden. Ook kunnen aluminium- en koperconcentratievloeistoffen op de manier van reductiemiddelen direct deelnemen aan de reactie. Bovendien moet de warmte van de warmte aanzienlijk hoger zijn dan de energie die overeenkomt met de batterijopslag.

Over het algemeen kan een veiligheidsongeval in een besloten ruimte de maximale temperatuur oplopen tot 800 °C, en een lithium-ionbatterij van 43,4G ondergaat een explosieve kracht van 5,45 gtnt, waarmee het TNT-equivalent van 1/8 wordt bereikt.

De reden waarom de lithium-ionbatterij niet reageert op een zware redoxreactie, maar voortdurend wordt omgezet in elektrische energie in een elektrochemische reactie, is omdat het membraan effectief fysiek geïsoleerd is en door de isolatie door elektronische geleiding (en de aanwezigheid van de elektrolyt). Wanneer echter verschillende interne of externe oorzaken het falen van het membraan veroorzaken, worden de positieve en negatieve pool rechtstreeks met elkaar in contact gebracht. Deze interne kortsluiting zorgt ervoor dat er elektrische energie vrijkomt, er is veel hitte en hoge temperaturen, wat onmiddellijke schade aan het interne chemische systeem van de batterij veroorzaakt, wat resulteert in stabiliteit. De negatieve elektrolyt, de positieve elektrolyt, de negatieve elektrode en de positieve elektrode, en zelfs de redoxreactie die ook betrokken is bij de huidige vloeistof, warmen onmiddellijk op, wat resulteert in onmiddellijke vergassing van de elektrolyt, en inclusief het positieve negatieve elektrode actieve materiaalpoeder dat de batterijbehuizing uitwerpt, wat de gevolgen van verbranding of zelfs explosie met zich meebrengt. Dit proces wordt hitte-uit-de-hand-loop genoemd (aangeduid als TR). Volgens de statistieken van ongevallen met elektrische voertuigen in de afgelopen jaren, zijn de meeste ongevallen "zelfontbranding", waaronder stilstaan ​​(accu-ontlading), rijden (accu-ontlading) en opladen.

Een klein onderdeel is een ongeluk dat ontstaat door een externe warmtebron, een botsing en een storing in het regelcircuit. "Spontane ontbranding" is een vorm van spontaan warmteverlies. Dit laatste wordt collectief omschreven als de thermische ontregeling (thermisch misbruik, mechanisch misbruik, elektrisch misbruik). Hoewel de twee typen scenario&39;s uiteindelijk worden veroorzaakt door de uiteindelijke temperatuur, verbranding en andere mechanismen, is er een groot verschil in de moeilijkheidsgraad van het starten van onderzoek.

Momenteel wordt de thermische oncontroleerbare werking onder invloed van misbruik gecontroleerd door de excitatieomstandigheden. De laatste jaren is er grote vooruitgang geboekt, waardoor het in principe mogelijk is om de mechanismen van verschillende vormen van misbruik, en de mechanismen en de daaruit voortvloeiende gevaren, kwantitatief te beschrijven. Echter, spontane thermische ontregeling, vanwege de ingewikkelde onbegrijpelijkheid ervan, de batterij na thermische ontregeling is volledig beschadigd, het is moeilijk om de microsituatie te herstellen vóór het warmteverlies, wordt een moeilijk onderzoek.

Waarom is het moeilijk om te voorspellen dat een lithium-ionbatterij thermisch uit de hand loopt? Spontane thermische uit de hand lopen is de grootste veiligheidszorg van de huidige elektrische auto. Waarom is het moeilijk om te voorkomen? Dit zou gezegd moeten worden van de productie van batterijen. Als elke batterij volledig consistent is, van de micro-elektrodemateriaaldeeltjes, het diafragma tot de macroscopische plaat, dan is de behuizingsverpakking 100.

000000,000%, wat zeker een batterijpakket zal zijn dat uit duizenden of honderdduizenden van dergelijke batterijen bestaat. Betere beveiligingsfuncties. U zult merken dat de uitdrukkingen met honderden procenten hier een beetje anders zijn. Er staan ​​tien nullen achter, wat een ideaal verwachtingspatroon vertegenwoordigt: een volle batterij.

Zoals bekend is het gevolg van inconsistentie in de batterij dat de batterij sneller zal verslechteren door verminderde prestaties, dat een deel van de passivering wordt uitgeschakeld en direct ongeldig wordt. Er is ook een gedeeltelijk andere weg - interne kortsluitingen en oncontroleerbare hitte, verbranding en explosie. Is er een korte termijn kortsluiting in deze schade? De reden is dat dit verval erg langzaam is en het externe spanningssignaal niet duidelijk is. Ten tweede is de batterij direct in de vernietigende thermische omgeving terechtgekomen, die binnen enkele minuten oncontroleerbaar is. De batterij is compleet en het bewijs kan niet worden getraceerd, wat ook de voortgang van dit onderzoeksveld bevordert.

Het echt nauwkeurig simuleren van kortsluitingen is nog steeds een probleem. Bovendien lijkt de batterij op een zwarte doos. We kunnen weliswaar elektrochemische spectrometers en in-situ CT-technieken gebruiken om de veranderingen in de afzonderlijke batterijen en de interne microstructuur te monitoren, maar we kunnen niet voorspellen welke tientallen miljoenen batterijen binnen enkele maanden of jaren nauwkeurig zullen worden bestudeerd op "plotselinge dood". Elke batterij is bijna geen zelf-inventief risico, maar wat is "plotselinge dood" na een half jaar of drie jaar later of in de winter Chen, waardoor een grootschalig brandongeluk? Het is nu moeilijk te voorspellen.

Dit is anders dan ons lichaam? Batterijmateriaalparameters en productieprocessen Vergelijkbaar met onze genen, is het batterijlaad- en ontladingssysteem vergelijkbaar met onze eetgewoonten, batterijgebruik, veranderingen in de omgevingstemperatuur, zoals de groeiomgeving. Naarmate de groei vordert, zullen er altijd mensen zijn die langdurig last hebben van ontstekingen of ernstigere vaatletsels, waardoor er op korte termijn kanker kan ontstaan ​​of een beroerte kan ontstaan, vergelijkbaar met een kortsluiting in de batterij en de daaropvolgende thermostaat. Als we de gezondheid van iedere persoon op aarde 24 uur per dag in realtime zouden kunnen monitoren, zouden we een afwijking kunnen ontdekken en kanker en beroertes kunnen uitroeien. Maar dit is uiteraard niet de realiteit.

Op dezelfde manier vinden we het ook moeilijk om de meest uitgebreide realtime monitoring van elke batterij te verdragen, nu zijn we in staat om een ​​module te assembleren die tientallen batterijen maakt om de spanning en de algehele temperatuur te bewaken, en dit is spontaan uit de studie en preventie van batterijcellen De vereisten van thermische uitbraak zijn duidelijk hiaat. Eén ding dat vastgesteld kan worden, is het verbeteren van de consistente prestaties van de batterij om de veiligheid en betrouwbaarheid van het batterijpakket te verbeteren. De perfecte consistentie kan echter niet worden bereikt, de deeltjes van de batterij hebben positieve en negatieve actieve stoffen, elk met hun eigen vorm, oppervlaktecondities, defecten, enz.

van de batterij, zolang de resolutie voldoende hoog is, is deze zichtbaar. Naast de grondstoffen omvat de voorbereiding van batterijen tientallen complexe processen, waardoor het erg moeilijk is om de batterij consistent te houden. Hoewel de industrie nu sterk investeert in lithium-ionbatterijen om een ​​hogere verwerkingsnauwkeurigheid te bereiken, maken het aantal grondstoffen en de complexe bereidingsprocessen van lithium-ionbatterijen het tot een eindeloze taak om consistentie te behouden.

Elektrische auto&39;s zullen zich uiteraard blijven ontwikkelen en mijn land zal grootschalige opslagtechnologie in energiesystemen blijven promoten. Gezien de huidige stand van zaken in de energievoorziening in China spelen elektrische voertuigen een belangrijke rol in de middellange- en langetermijnenergiestrategie en de toekomstige duurzame ontwikkeling van mijn land. Ik ben ervan overtuigd dat de betrouwbaarheid en veiligheid van het batterijtechnologiesysteem in de komende 5-10 jaar aanzienlijk zullen toenemen als de batterijtechnologie zich snel blijft ontwikkelen.

Het is echter vrijwel onmogelijk om een ​​brandende lithium-ionbatterij volledig te voorkomen. Er zijn natuurlijk veel manieren om de veiligheid te verbeteren, zolang we de objectieve realiteit respecteren. De eerste is de innovatieve waarschuwingstechnologie, zoals blijkt uit een recent rapport van Stanford University. De gevoelige opvang van het waterstofsignaal kan de thermische waarschuwing van de lithium-ionbatterij zodanig verstoren dat het personeel in de elektrische auto aan de kant kan worden gezet.

Bovendien is de "zelf-toxische" techniek van de batterij ook effectiever. Het mechanisme hiervan is dat wanneer de batterij thermische oncontroleerbaar wordt, er speciale chemicaliën kunnen worden vrijgegeven om "痪" in de batterij te passiveren en de thermische oncontroleerbare keten te doorbreken. Wat de veiligheid van lithium-ionbatterijen betreft, moeten we energiek innovatieve en efficiënte technologieën voor veiligheidsverbetering ontwikkelen en de consistentie van de batterijproductie voortdurend verbeteren. Op een dag zullen dit soort &39;explosieve&39; berichten niet meer in ons leven voorkomen en kunnen we met een gerust hart elektrische voertuigen besturen.

Dankbetuiging: Dank aan Tsinghua University, Wang Li en Vehicle College, Feng Xunning, twee docenten, voor het leveren van de relevante materialen en nuttige discussies.