Dlaczego akumulator litowo-jonowy w samochodzie elektrycznym eksploduje? Czy technologia może temu zapobiec?

Autor: Iflowpower – Dostawca przenośnych stacji energetycznych

Wkraczamy w nową erę rewolucji energetycznej, ale gdy nadal będziemy pomijać piękną przyszłość energii elektrycznej, nie będzie to zmartwieniem, czy akumulator litowo-jonowy jest bezpieczny? Wypadki wybuchowe spowodowane akumulatorami samochodów elektrycznych: Dlaczego Xinhua.com odczuwa się często w ostatnich latach w ostatnich latach? Niezależnie od tego, czy chodzi o samochody elektryczne, czy elektrownie magazynowe, jesteś nierozłącznie związany z kluczowym urządzeniem - akumulatorem. Prawie wszystkie pojazdy elektryczne i ponad 70% elektrowni wykorzystujących energię chemiczną wykorzystują akumulatory litowo-jonowe, takie same jak te stosowane w telefonach komórkowych i laptopach.

Ponieważ akumulator litowo-jonowy przewyższa pod względem przenośności energię elektryczną, rozwój naszej ery informacyjnej został przyspieszony. Oto trzej naukowcy, którzy przyczynili się do rozwoju technologii akumulatorów litowo-jonowych i otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Dzięki rozwojowi baterii litowo-jonowych, scena użytkowania jest bardzo bliska, nasz telefon komórkowy, aparat fotograficzny i słuchawki Bluetooth muszą być, ale dlaczego jest to stosowane w samochodach elektrycznych, bateria litowo-jonowa spowodowała tak wiele wypadków? To jest w zasadzie problem prawdopodobieństwa.

Przykładowo, importowana bateria używana w importowanym pojeździe elektrycznym kosztuje zaledwie milion, ale w samochodzie należy zamontować 8000 takich baterii, co odpowiada 10 000 baterii potrzebnych do zainstalowania 1250 pojazdów elektrycznych. Teoretycznie w 1250 pojazdach elektrycznych może dojść do wypadku, gdy w samochodzie znajduje się akumulator. Jeżeli wypadek ten będzie miał charakter spalenia akumulatora lub wybuchu, istnieje możliwość wywołania reakcji łańcuchowej, w której akumulator wokół niego ulegnie spaleniu, powodując wypadek spalenia pojazdu elektrycznego.

Podobnie jest w przypadku pomieszczeń w elektrowniach magazynujących energię – w porównaniu do pojazdu elektrycznego, który może magazynować od 50 do 100 stopni, korpus kontenera akumulatora może zazwyczaj magazynować 1000 stopni, a w średniej wielkości elektrowniach magazynujących energię często znajdują się dziesiątki tysięcy takich kontenerów akumulatorów magazynujących energię. Wiadomo, że takie baterie o dużej pojemności są używane sporadycznie, ale zdarzają się sporadycznie. Z drugiej strony, w przypadku spalania pojazdów elektrycznych i elektrowni gromadzących energię, skutki wypadków związanych z eksplozją są oczywiście poważniejsze niż w przypadku baterii telefonów komórkowych, a obecne środki ochrony przeciwpożarowej są prawie niemożliwe do zastosowania.

Oczywiście, nie możemy ignorować tych informacji, ponieważ rozprzestrzeniają się one tak szybko, a poważne incydenty, powodujące ofiary śmiertelne, mają duży wpływ społeczny. Dlaczego bateria litowo-jonowa może się spalić lub nawet eksplodować? Bateria litowo-jonowa to ważny element zawierający elektrodę dodatnią, elektrodę ujemną, elektrolit i przeponę. Po naładowaniu jego biegun dodatni jest zazwyczaj tlenkiem metalu przejściowego, który ma dużą odporność na utlenianie; elektroda ujemna jest zatopiona w dużej ilości litu, który ma bardzo silne właściwości redukujące.

Elektrolit to zazwyczaj estry organiczne, które charakteryzują się niską temperaturą topnienia i są łatwopalne. Ważne jest, aby pamiętać, że petardy w naszym życiu są również urządzeniami, które rozumieją składniki zawierające proch strzelniczy w postaci siarki (siarka, wzór chemiczny s), diitu (kamień, typ chemiczny KNO3), trzech węgla drzewnego, z których nitrozyt jest silnym środkiem utleniającym, siarka i węgiel drzewny są środkami redukującymi. Po wystawieniu zewnętrznej części na działanie temperatury przekraczającej 120 stopni, w petardach zachodzi gwałtowna reakcja utleniania i redukcji, uwalnia się dużo gazu i ciepła, petardy stają się ognioodporne i eksplodują.

Można zauważyć, że teoretyczna bateria litowo-jonowa ma dużą reakcję redoks, a jej wewnętrzny łatwopalny elektrolit również może wspomagać tę reakcję, powodując skutki w postaci spalenia lub nawet wybuchu. Jak duża jest moc spalania lub eksplozji baterii litowo-jonowych? Światło z jej magazynowania energii elektrycznej, gęstość energii 150 WH / kg, zwykła energia elektryczna baterii litowo-jonowej to około 1/10 gęstości energii wybuchu TNT, gęstość energii cieplnej. W ostatnich latach badania jednoznacznie wykazały, że dodatnia i ujemna elektroda w akumulatorze litowo-jonowym może bezpośrednio wystąpić w szczególnych okolicznościach, a nawet płyny zawierające aluminium i miedź mogą również bezpośrednio uczestniczyć w reakcji jako środki redukujące, a ciepło ciepła powinno być znacznie wyższe niż ciepło magazynowane w akumulatorze odpowiadające energii.

Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku wypadku bezpieczeństwa w przestrzeni zamkniętej maksymalna temperatura może osiągnąć 800 °C, a ciężki akumulator litowo-jonowy o pojemności 43,4G przyjmuje eksplozję o mocy 5,45 gtnt, osiągając wartość ekwiwalentu trotylu 1/8.

Powodem, dla którego akumulator litowo-jonowy nie reaguje na intensywną reakcję redoks, ale jest stale przekształcany w energię elektryczną w reakcji elektrochemicznej, jest fakt, że membrana jest skutecznie izolowana fizycznie i ma izolację przewodzenia elektronicznego (oraz obecność elektrolitu). Jednakże, gdy różne przyczyny wewnętrzne lub zewnętrzne powodują uszkodzenie membrany, wówczas dochodzi do bezpośredniego kontaktu bieguna dodatniego i ujemnego, to wewnętrzne zwarcie spowoduje uwolnienie energii elektrycznej, powstanie dużej ilości ciepła i wysoka temperatura, natychmiastowe uszkodzenie wewnętrznego układu chemicznego baterii, co skutkuje utratą stabilności. Elektrolit ujemny, elektrolit dodatni, elektroda ujemna i elektroda dodatnia, a nawet reakcja redoks również zaangażowana w obecny płyn, natychmiast się nagrzewają, co powoduje natychmiastowe zgazowanie elektrolitu, a włączając proszek materiału aktywnego elektrody dodatniej i ujemnej wyrzucający obudowę baterii, co może skutkować spaleniem lub nawet wybuchem, proces ten nazywany jest niekontrolowanym ciepłem (określanym jako TR). Zgodnie ze statystykami wypadków z udziałem pojazdów elektrycznych w ostatnich latach, większość wypadków to „samozapłon”, w tym wypadki na postoju (rozładowanie akumulatora), podczas jazdy (rozładowanie akumulatora) i ładowania.

Mała część to wypadek, do którego dochodzi w wyniku zewnętrznego źródła ciepła, zderzenia lub awarii obwodu sterowania. „Samozapłon” należy do samoistnych strat ciepła, określanych zbiorczo jako niekontrolowana utrata ciepła (nadmierne obciążenie termiczne, mechaniczne, elektryczne). Mimo że oba typy scenariuszy są ostatecznie wywołane przez ostateczną temperaturę, spalanie i inne mechanizmy są podobne, istnieje duża różnica w trudnościach związanych z rozpoczęciem badań.

Obecnie niekontrolowane zmiany temperatury w wyniku nadużyć są kontrolowane przez warunki wzbudzenia. W ostatnich latach poczyniono duże postępy, co pozwala obecnie na ilościowe opisanie mechanizmów różnych stanów nadużyć oraz mechanizmu i wynikających z nich zagrożeń. Jednakże spontaniczne wymknięcie się temperatury, ze względu na swoją skomplikowaną niezrozumiałość, powoduje, że akumulator po wymknięciu się temperatury ulega całkowitemu uszkodzeniu, trudno jest przywrócić mikrosytuację przed utratą ciepła, staje się to trudnym badaniem.

Dlaczego trudno przewidzieć, że bateria litowo-jonowa wymknie się spod kontroli termicznej? Spontaniczna utrata kontroli termicznej to obecnie największy problem bezpieczeństwa samochodów elektrycznych. Dlaczego trudno jest temu zapobiec? Należy to powiedzieć od produkcji baterii. Jeżeli każda bateria jest całkowicie spójna, od mikrocząstek materiału elektrod, przez membranę, aż po makroskopową płytkę, obudowa wynosi 100.

000000,000%, co z pewnością będzie oznaczało, że zestaw baterii będzie składał się z tysięcy lub setek tysięcy takich baterii. Lepsze funkcje bezpieczeństwa. Można zauważyć, że wyrażenia setek procent są tutaj nieco inne, jest dziesięć zer z tyłu, które reprezentują oczekiwaną wartość idealną - maksymalną wartość pełnej skali baterii.

Jak wiadomo, konsekwencją niespójności baterii jest to, że obniżona wydajność baterii będzie się szybciej zmniejszać, część pasywacji zostanie wyłączona, wręcz nieważna; istnieje również częściowo inna droga - wewnętrzne zwarcia i niekontrolowane ciepło, spalenie, wybuch. Czy w tej szkodzie występuje krótkotrwałe zwarcie? Powodem jest to, że ten rozpad jest bardzo powolny, a zewnętrzny sygnał napięcia nie jest oczywisty. Drugim jest to, że bateria w ciągu kilku minut bezpośrednio wchodzi w destrukcyjną strefę termiczną, która wymyka się spod kontroli, bateria jest kompletna, a dowodów nie można znaleźć, co również przyczynia się do postępu w tej dziedzinie badań.

Naprawdę dokładne symulowanie krótkotrwałych zwarć nadal stanowi problem. Ponadto bateria przypomina czarną skrzynkę, chociaż możemy wykorzystać niektóre spektrometry elektrochemiczne i środki techniczne in situ CT do monitorowania zmian stanu poszczególnych baterii i wewnętrznej mikrostruktury, ale nie jesteśmy w stanie przewidzieć, które dziesiątki milionów baterii zostaną skrupulatnie przebadane w przypadku „nagłej śmierci” za kilka miesięcy lub po kilku latach. Każda bateria to prawie żadne ryzyko samoistnego wynalazcy, ale co jest „nagłą śmiercią” po pół roku lub trzech latach później lub zimą Chen, powodując wypadek na dużą skalę? Trudno to teraz przewidzieć.

To jest jak niepodobne do naszego ciała? Parametry materiałów baterii i procesy produkcyjne Podobnie jak nasze geny, system ładowania i rozładowywania baterii jest jak nasze nawyki żywieniowe, użytkowanie baterii zmienia temperaturę otoczenia jak środowisko wzrostu. Wraz ze wzrostem, u niektórych osób w organizmie zawsze pojawiają się długotrwałe stany zapalne lub poważniejsze zmiany naczyniowe, co może prowadzić do rozwoju nowotworu lub udaru mózgu w krótkim czasie, co jest podobne do zwarcia akumulatora i późniejszego uszkodzenia termostatu. Gdybyśmy mieli możliwość monitorowania stanu zdrowia każdej osoby na świecie w czasie rzeczywistym, 24 godziny na dobę, moglibyśmy wykryć nieprawidłowości i pozbyć się raka czy udaru, ale jest oczywiste, że to nierealne.

Podobnie, trudno nam również znieść najbardziej kompleksowy monitoring w czasie rzeczywistym każdej baterii, obecnie jesteśmy w stanie zmontować moduł, który tworzy dziesiątki baterii, aby monitorować napięcie i ogólną temperaturę, i to jest spontaniczne z badania i zapobiegania ogniwom baterii. Wymagania dotyczące kontroli termicznej są oczywiście luką. Jednym ze sposobów jest poprawa stałej wydajności akumulatora, aby zwiększyć bezpieczeństwo i niezawodność zestawu akumulatorów. Jednakże uzyskanie idealnej konsystencji nie jest możliwe, cząsteczki baterii mają różne dodatnie i ujemne substancje czynne, każdy z kształtów, stan powierzchni, wady itp.

baterii, o ile rozdzielczość jest wystarczająco wysoka, można ją zobaczyć. Oprócz surowców, przygotowanie baterii wymaga dziesiątek skomplikowanych procesów, co sprawia, że ​​utrzymanie jej parametrów jest bardzo trudne. Chociaż inwestycje w branżę akumulatorów litowo-jonowych mają obecnie na celu osiągnięcie większej dokładności przetwarzania, liczba surowców i złożone procesy przygotowania akumulatorów litowo-jonowych sprawiają, że zapewnienie spójności staje się zadaniem nigdy się niekończącym.

Samochody elektryczne oczywiście będą się dalej rozwijać, mój kraj będzie nadal promował technologię magazynowania energii na dużą skalę w systemach energetycznych. Biorąc pod uwagę obecny stan struktury energetycznej w Chinach, pojazdy elektryczne odgrywają ważną rolę w średnio- i długoterminowej strategii energetycznej mojego kraju oraz w przyszłym zrównoważonym rozwoju. Wierzę, że dzięki ciągłemu, szybkiemu rozwojowi technologii akumulatorów, ich niezawodność i bezpieczeństwo ulegną znacznej poprawie w ciągu najbliższych 5–10 lat.

Jednakże całkowite zapobiegnięcie spaleniu się akumulatora litowo-jonowego jest prawie niemożliwe. Oczywiście, jeśli tylko szanujemy obiektywną rzeczywistość, istnieje wiele sposobów na poprawę bezpieczeństwa. Pierwszym z nich jest innowacyjna technologia ostrzegawcza, taka jak niedawny raport Uniwersytetu Stanforda dotyczący czułego przechwytywania sygnału wodoru, który może spowodować utratę kontroli nad temperaturą akumulatora litowo-jonowego, co może umknąć uwadze personelu samochodu elektrycznego.

Ponadto „samotoksyczna” technika akumulatora jest również skuteczniejsza, a jej mechanizm polega na tym, że gdy akumulator generuje niekontrolowane ciepło, mogą zostać uwolnione pewne specjalne substancje chemiczne w celu pasywacji „痪” wewnątrz akumulatora i przerwania łańcucha niekontrolowanego ciepła. Mając na uwadze bezpieczeństwo akumulatorów litowo-jonowych, energicznie rozwijamy innowacyjną i skuteczną technologię poprawy bezpieczeństwa oraz stale udoskonalamy spójność produkcji akumulatorów. Pewnego dnia tego typu „wybuchowe” wiadomości nie będą już pojawiać się w naszym życiu, będziemy mogli ze spokojem korzystać z pojazdów elektrycznych.

Podziękowania: Dziękujemy dwóm nauczycielom z Uniwersytetu Tsinghua, Wang Li i Vehicle College, Feng Xunning, za dostarczenie odpowiednich materiałów i poprowadzenie przydatnych dyskusji.