Kwa nini betri ya lithiamu-ion ya gari la umeme inalipuka, teknolojia inaweza kuizuia?

Mwandishi:Iflowpower- Muuzaji wa Kituo cha Umeme kinachobebeka

Tunaingia katika enzi mpya ya mapinduzi ya nishati, lakini tunapoendelea kupuuza mustakabali mzuri wa nishati ya umeme, haitakuwa na wasiwasi, je, betri ya lithiamu-ioni iko salama? Ajali za mlipuko zinazosababishwa na betri za gari za umeme: Kwa nini Xinhua.com inahisi mara kwa mara katika miaka ya hivi karibuni katika miaka ya hivi karibuni? Ikiwa ni magari ya umeme au vituo vya nguvu vya kuhifadhi, huwezi kutenganishwa na kifaa muhimu - betri. Takriban magari yote ya umeme na zaidi ya 70% ya vituo vya nguvu vya kuhifadhi nishati ya kemikali vyote ni betri za lithiamu ioni, ambayo ni betri inayotumiwa katika simu na kompyuta zetu za mkononi.

Kwa kuwa betri ya lithiamu-ioni inashinda uwezo wa kubebeka wa nishati ya umeme, ukuzaji wa enzi yetu ya habari huimarishwa. Kwa hivyo, kuna wanasayansi watatu ambao wamechangia maendeleo ya teknolojia ya betri ya lithiamu-ion kwa Tuzo la Kemikali la Nobel. Shukrani kwa maendeleo ya betri za lithiamu-ioni, eneo la matumizi ni karibu sana, simu zetu za mkononi, kamera na vichwa vya sauti vya Bluetooth lazima iwe hivyo, lakini kwa nini inatumika kwa magari ya umeme, betri ya lithiamu-ioni imetokea ajali nyingi? Hili ni tatizo la uwezekano.

Kwa mfano, betri kutoka nje ya nchi inayotumika kwenye gari la umeme kutoka nje ya nchi ni milioni moja tu, lakini betri za aina hiyo 8,000 lazima zimefungwa kwenye gari, ambayo ni sawa na betri 10,000 za kufunga magari 1250 ya umeme. Hiyo ni, katika nadharia 1250 magari ya umeme, kuna betri katika gari inaweza kuwa na ajali. Ikiwa ajali hii ni ya kuungua kwa betri au kiwango cha mlipuko, inawezekana kusababisha mmenyuko wa mnyororo ambao betri karibu nayo, na hivyo kusababisha ajali ya kuungua kwa gari la umeme.

Vile vile ni kweli kwa malazi katika kituo cha nguvu cha kuhifadhi nishati, ikilinganishwa na gari la umeme la kuhifadhi digrii 50 hadi 100, mwili wa chombo cha betri kwa ujumla unaweza kuhifadhi digrii 1000, na kituo cha nguvu cha uhifadhi wa nishati ya kati mara nyingi ni kadhaa ya kadhaa Mkusanyiko wa vyombo vya betri vile vya kuhifadhi nishati. Inaeleweka kuwa betri hiyo ya kiwango kikubwa hutumiwa, mara kwa mara hutokea. Kwa upande mwingine, mwako wa magari ya umeme na mitambo ya kuhifadhi nishati, matokeo ya ajali za mlipuko ni wazi zaidi kuliko betri za simu za mkononi, na hatua za sasa za ulinzi wa moto haziwezekani.

Bila shaka, hatuwezi kupuuza habari hii kwamba habari hii inaenea kwa kasi sana, na matukio makubwa ambayo husababisha majeruhi yamesababisha athari kubwa ya kijamii. Kwa nini betri ya ioni ya lithiamu itawaka au hata kulipuka? Betri ya lithiamu-ion ni sehemu yenye vipengele, ambayo ni muhimu inayojumuisha electrode nzuri, electrode hasi, electrolyte na diaphragm. Baada ya malipo, chanya yake kwa ujumla ni oksidi ya mpito ya chuma, ambayo ina upinzani mkali wa oxidation; electrode hasi imeingizwa kwa kiasi kikubwa cha lithiamu, ambayo ina reductive kali sana.

Electroliti kwa ujumla ni esta kikaboni, ambayo ina sifa ya kiwango cha chini myeyuko na kuwaka. Ni muhimu kutambua kwamba firecrackers katika maisha yetu pia ni kifaa kinachoelewa viungo vyenye baruti ndani ya sulfuri (sulfuri, formula ya kemikali s) diit (jiwe, kemikali aina KNO3) mkaa tatu, ambayo nitrosite ni Kikali kioksidishaji kikali, sulfuri na mkaa ni mawakala wa kupunguza. Baada ya nje kupewa zaidi ya digrii 120 za kusisimua, mmenyuko wa kupunguza oxidation katika firecracker hutokea kwa kasi, hutoa gesi nyingi na joto, kuzuia moto, firecrackers kulipuka.

Inaweza kuonekana kuwa betri ya lithiamu-ioni ya kinadharia ina mmenyuko wa redox iliyotolewa sana, na elektroliti yake ya ndani inayoweza kuwaka pia inaweza kusaidia majibu haya, na kuleta matokeo ya kuungua au hata mlipuko. Je, nguvu ya betri za lithiamu ioni inawaka au kulipuka? Mwanga kutoka kwa hifadhi yake ya nishati ya umeme, 150WH / kg wiani wa nishati ya kawaida ya lithiamu ion betri ya nishati ya umeme ni karibu 1/10 ya mlipuko wa TNT, msongamano wa nishati ya joto. Katika miaka ya hivi karibuni, utafiti conclusively, chanya hasi electrode katika betri lithiamu-ion ajali inaweza moja kwa moja kutokea katika hali maalum, au hata alumini na shaba maji mkusanyiko unaweza pia kushiriki moja kwa moja katika mmenyuko kwa namna ya mawakala wa kupunguza, na joto la joto lazima kwa kiasi kikubwa zaidi kuliko kuhifadhi betri sambamba na nishati.

Kwa ujumla, ajali ya usalama katika nafasi iliyofungwa, kiwango cha juu cha joto kinaweza kufikia 800 ° C, na betri ya lithiamu ion nzito ya 43.4G inachukua mlipuko wa 5.45 gtnt, kufikia sawa na TNT 1 / 8.

Sababu kwa nini betri ya ioni ya lithiamu haijibu kwa mmenyuko mkali wa redox lakini inabadilishwa mara kwa mara kuwa nishati ya umeme katika mmenyuko wa electrokemikali, na inabadilishwa mara kwa mara kuwa nishati ya umeme kwa sababu diaphragm imetengwa kwa ufanisi kimwili na insulation ya conduction ya Kielektroniki (na kuwepo kwa electrolyte). Hata hivyo, wakati sababu mbalimbali za ndani au za nje husababisha kushindwa kwa diaphragm, basi pole chanya na hasi huguswa moja kwa moja, mzunguko mfupi wa ndani huu utaleta nishati ya umeme kutolewa, kuna joto nyingi na kuleta joto la juu, uharibifu wa papo hapo kwa mfumo wa kemikali ya ndani ya betri, na kusababisha utulivu wa elektroliti hasi, elektroliti chanya, elektrodi hasi na elektrodi chanya, na pia kuhusika katika athari ya joto ya juu, na pia kuhusika katika athari ya joto ya sasa. papo hapo gasification ya elektroliti, na ikiwa ni pamoja na chanya hasi electrode kazi nyenzo poda ejecting makazi ya betri, Kuleta matokeo ya kuungua au hata mlipuko, mchakato huu inaitwa joto nje ya kudhibiti (inajulikana kama TR). Kwa mujibu wa takwimu za matukio ya ajali za gari la umeme katika miaka ya hivi karibuni, ajali nyingi ni "kujiwasha", ikiwa ni pamoja na kusimama (kutokwa bila betri), wakati wa kuendesha gari (kutokwa kwa betri) na kuchaji.

Sehemu ndogo ni ajali ambayo hutokea wakati chanzo cha joto cha nje, mgongano, na kushindwa kwa mzunguko wa kudhibiti. "Mwako wa papo hapo" ni wa upotezaji wa joto wa moja kwa moja, mwisho huo kwa pamoja hujulikana kama thermal nje ya udhibiti wa unyanyasaji wa joto, unyanyasaji wa mitambo, matumizi mabaya ya umeme). Ingawa aina hizi mbili za matukio hatimaye huletwa na halijoto ya mwisho, mwako na mifumo mingine inafanana, kuna tofauti kubwa katika ugumu wa kuanzisha utafiti.

Kwa sasa, hali ya joto isiyo na udhibiti chini ya unyanyasaji inadhibitiwa na hali ya uchochezi. Katika miaka ya hivi karibuni, imepata maendeleo makubwa, ambayo kimsingi inaweza kuelezea kwa kiasi kikubwa mifumo ya hali mbalimbali za unyanyasaji na utaratibu na hatari zinazofuata. Hata hivyo, hiari mafuta nje ya udhibiti, kutokana na kutoeleweka yake ngumu, betri baada ya nje ya kudhibiti mafuta ni kuharibiwa kabisa, ni vigumu kuokoa hali micro kabla ya hasara ya joto, kuwa utafiti mgumu.

Kwa nini ni vigumu kutabiri mafuta ya betri ya lithiamu-ioni ambayo hayawezi kudhibitiwa? Hali ya joto isiyodhibitiwa ya hiari ndiyo wasiwasi mkubwa zaidi wa usalama wa gari la sasa la umeme. Kwa nini ni vigumu kuzuia? Hii inapaswa kusema kutoka kwa utengenezaji wa betri. Ikiwa kila betri inalingana kabisa kutoka kwa chembe ndogo za nyenzo za elektrodi, diaphragm hadi sahani ya macroscopic, kifurushi cha makazi ni 100.

000000,000%, ambayo hakika itakuwa na pakiti ya betri iliyotengenezwa na maelfu au mamia ya maelfu ya betri kama hizo. Vipengele bora vya usalama. Unaweza kugundua kuwa mamia ya misemo hapa ni tofauti kidogo, kuna sufuri kumi nyuma, ambayo inawakilisha bora inayotarajiwa - kiwango cha juu cha betri.

Kama inavyojulikana, matokeo ya utofauti wa betri ni kwamba utendakazi wa betri iliyoharibika itaharibika haraka, upitishaji fulani umezimwa, batili moja kwa moja; pia kuna barabara tofauti - mzunguko mfupi wa ndani na joto nje ya udhibiti, kuchoma, mlipuko. Je, kuna mzunguko mfupi wa muda mfupi wa muda mfupi katika madhara haya? Sababu ni kwamba kuoza huku ni polepole sana na ishara ya voltage ya nje sio dhahiri. Ya pili ni kwamba betri inaingia moja kwa moja kwenye uharibifu wa joto usio na udhibiti kwa dakika chache, betri imekamilika, ushahidi hauwezi kufuatiwa, ambayo pia hufanya uwanja huu Utafiti uendelee.

Kuiga kwa usahihi mzunguko mfupi wa muda mfupi, bado ni shida. Kwa kuongeza, betri ni sawa na sanduku nyeusi, ingawa tunaweza kutumia baadhi ya spectrometers electrochemical na katika situ CT njia za kiufundi kufuatilia mabadiliko ya betri ya mtu binafsi na microstructure ya ndani, lakini hatuwezi kutabiri ambayo makumi ya mamilioni ya betri Itakuwa meticulously utafiti katika "kifo cha ghafla" katika miezi kadhaa au baada ya miaka kadhaa. Kila betri ni karibu hakuna hatari binafsi Uvumbuzi, lakini ambayo ni "kifo cha ghafla" baada ya nusu mwaka au miaka mitatu baadaye au katika majira ya baridi Chen, na kusababisha ajali kwa kiasi kikubwa kuungua? Ni ngumu kutabiri sasa.

Je, hii ni tofauti na miili yetu? Vigezo vya nyenzo za betri na michakato ya utengenezaji Sawa na jeni zetu, chaji ya betri na mfumo wa kutokwa maji ni kama tabia zetu za ulaji, matumizi ya betri hubadilika halijoto kama vile mazingira ya kukua. Pamoja na ukuaji, daima kuna baadhi ya mwili wa watu, kutakuwa na kuvimba kwa muda mrefu au vidonda vikali zaidi vya mishipa, na hivyo inawezekana maendeleo katika saratani au kusababisha kiharusi kwa muda mfupi, ambayo ni sawa na mzunguko mfupi wa betri na thermostat inayofuata. Ikiwa tuna uwezo wa kufanya ufuatiliaji wa wakati halisi juu ya afya ya kila mtu saa 24 duniani, tunaweza kugundua hali isiyo ya kawaida na kuondoa saratani na kiharusi, lakini hii sio kweli.

Vile vile, sisi pia ni vigumu kubeba ufuatiliaji wa kina zaidi wa wakati halisi wa kila betri, sasa tunaweza kuunganisha moduli ambayo hufanya betri nyingi kufuatilia voltage na joto la jumla, na hii ni ya hiari kutokana na utafiti na uzuiaji wa seli za betri. Jambo moja linaloweza kuamuliwa ni kuboresha utendakazi thabiti wa betri ili kuboresha usalama na kutegemewa kwa pakiti ya betri. Hata hivyo, uthabiti kamili hauwezi kufanywa, chembe za betri chanya na hasi dutu hai, kila maumbo, hali ya uso, kasoro, nk.

ya betri, mradi azimio ni juu ya kutosha, inaweza kuonekana. Mbali na malighafi, utayarishaji wa betri unahusisha michakato kadhaa ngumu, kutaka kuweka betri iwe ngumu sana. Ingawa uwekezaji mkubwa wa sekta ya betri ya lithiamu-ioni sasa ni ili kufikia usahihi wa juu zaidi wa usindikaji, idadi ya malighafi na michakato changamano ya utayarishaji wa betri za lithiamu-ioni hufanya uthabiti kuwa kazi isiyoisha.

Magari ya umeme bila shaka yataendelea kuendeleza, nchi yangu itaendelea kukuza teknolojia ya uhifadhi wa kiasi kikubwa katika mifumo ya nishati. Kulingana na hali ya muundo wa nishati nchini China, magari ya umeme yana jukumu muhimu katika mkakati wa nishati wa muda wa kati na mrefu wa nchi yangu na maendeleo endelevu ya siku zijazo. Ninaamini kwamba kwa kuendelea kwa kasi ya maendeleo ya mfumo wa teknolojia ya betri, uaminifu na usalama wake utaboreshwa kwa kiasi kikubwa katika miaka 5-10 ijayo.

Walakini, kuzuia kabisa ajali ya kuungua kwa betri ya lithiamu-ioni, karibu haiwezekani. Bila shaka, katika kesi ya kuheshimu ukweli wa lengo, kuna njia nyingi za kuboresha usalama. Ya kwanza ni teknolojia ya kibunifu ya onyo, kama vile ripoti ya hivi majuzi ya Chuo Kikuu cha Stanford ya ukamataji nyeti wa mawimbi ya hidrojeni inaweza kusukuma onyo la mafuta ya lithiamu-ioni ya betri isidhibitiwe, ambayo inatosha kuwaepusha wafanyakazi kwenye gari la umeme.

Kwa kuongeza, mbinu ya "kujidhuru" ya betri pia ni nzuri zaidi, na utaratibu wake ni wakati betri inazalisha mafuta bila udhibiti, baadhi ya kemikali maalum zinaweza kutolewa ili kupitisha "痪" ndani ya betri, kukatiza mnyororo wa nje wa kudhibiti mafuta. Kuhusu usalama wa betri ya lithiamu-ioni, tengeneza kwa bidii teknolojia ya uboreshaji wa usalama na ubunifu, endelea kuboresha uthabiti wa utengenezaji wa betri. Siku moja, aina hii ya habari "kulipuka" haitaonekana tena katika maisha yetu, tunaweza kutumia magari ya umeme kwa amani ya akili.

Shukrani: Shukrani kwa Chuo Kikuu cha Tsinghua, Wang Li na Chuo cha Magari, Feng Xunning, walimu wawili, waliotolewa kwa nyenzo husika na majadiliano muhimu.