ב Situ ניתוח גזים ואפיון אש של תאי ליתיום-יון במהלך בריחה תרמית באמצעות תא סביבתי

Summary

במאמר זה אנו מתארים הליך בדיקה שפותח כדי לאפיין בריחה תרמית ושריפות בתאי ליתיום-יון באמצעות מדידות באתרן של פרמטרים שונים בתא סביבתי.

Abstract

מנגנון ניסויי ונוהל הפעלה סטנדרטי (SOP) מפותחים כדי לאסוף נתונים שנפתרו בזמן על הרכבי הגזים ומאפייני האש במהלך ואחרי בריחה תרמית של תאי סוללת ליתיום-יון (LIB). תא גלילי 18650 מותנה למצב טעינה רצוי (SOC; 30%, 50%, 75% ו-100%) לפני כל ניסוי. התא הממוזג נאלץ לברוח תרמית על ידי סרט חימום חשמלי בקצב חימום קבוע (10 ° C / min) בתא סביבתי (נפח: ~ 600 L). התא מחובר לאנלייזר גז אינפרא אדום התמרת פורייה (FTIR) למדידות ריכוז בזמן אמת. שתי מצלמות וידיאו משמשות לתיעוד אירועים מרכזיים, כגון אוורור תאים, בריחה תרמית ותהליך הצריבה שלאחר מכן. תנאי התא, כגון טמפרטורת פני השטח, אובדן מסה ומתח, נרשמים גם הם. בעזרת הנתונים המתקבלים, ניתן להסיק את תכונות הפסאודו-של התא, הרכבי גזי האוורור וקצב מסת האוורור כפונקציות של טמפרטורת התא ו-SOC של התא. בעוד הליך הבדיקה מפותח עבור תא גלילי יחיד, ניתן להרחיב אותו בקלות כדי לבדוק פורמטים שונים של תאים ולחקור התפשטות אש בין תאים מרובים. נתוני הניסוי שנאספו יכולים לשמש גם לפיתוח מודלים מספריים לשריפות LIB.

Introduction

בעשורים האחרונים, סוללות ליתיום-יון (LIBs) צברו פופולריות ונהנו מהתקדמות טכנולוגית עצומה. בשל יתרונות שונים (למשל, צפיפות אנרגיה גבוהה, תחזוקה נמוכה, זמני פריקה עצמית וטעינה נמוכים ותוחלת חיים ארוכה), LIB נחשבת לטכנולוגיית אגירת אנרגיה מבטיחה ונמצאת בשימוש נרחב ביישומים שונים, כגון מערכות אגירת אנרגיה גדולות (ESS), כלי רכב חשמליים (EV) ומכשירים אלקטרוניים ניידים. בעוד שהביקוש העולמי לתאי LIB צפוי להכפיל את עצמו מ-725 ג'יגה-וואט שעה בשנת 2020 ל-1,500 ג'יגה-וואט שעה בשנת 2030¹, חלה עלייה משמעותית בשריפות ופיצוצים הקשורים לתאי LIB בשנים האחרונות². תאונות אלה מדגימות את הסיכונים הגבוהים הקשורים ל- LIBs, ומעלות חששות לגבי השי....

Protocol

1. הפעלת מנתח הגז FTIR

הערה: ההליכים יכולים להיות שונים עבור מותגים ודגמים שונים של מנתח גז FTIR. ההליך הבא הוא עבור אנלייזר גז ספציפי המשמש בעבודה זו.

1. התקינו מסנן חדש או מסנן נקי (כלומר, מסנן שנוקה באמבטיה על-קולית) ביחידת המסנן/שסתום (ראו איור 1 ואיור 2).
2. פתחו את השסתום של גליל החנקן המחובר לאנלייזר הגז (ראו איור 2). כוונן את קצב זרימת החנקן ל-150-250 סמ"ק/דקה.
   הערה: זה כדי להתכונן לטיהור N₂ במהלך ניקוי לפני / אחרי הבדיקה של אנלייזר הגז.
3. בצע את הליך ההפעלה של FTIR המתואר במדריך היצרן, "FTIR....

תוצאות

סרטונים המייצגים תהליכי בריחה תרמית טיפוסיים עם וללא שריפות כלולים בקובץ משלים 1 ובקובץ משלים 2, בהתאמה. אירועי מפתח מתוארים באיור 5. כאשר טמפרטורת התא עולה (ל~110-130 מעלות צלזיוס), התא מתחיל להתנפח, מה שמעיד על הצטברות הלחץ הפנימי (הנגרם על ידי אידוי אלקטרולי?.......

Discussion

השלבים הקריטיים ביותר בפרוטוקול הם אלה הנוגעים לגזים הרעילים המשתחררים בבריחה התרמית של LIB. בדיקת הדליפה בשלב 3.11 צריכה להתבצע בזהירות כדי להבטיח שהגזים הרעילים כלואים בתא במהלך הניסויים. נהלי ניקוי הגזים התא (שלבים 7.1-7.14) חייבים להיעשות כראוי גם כדי להפחית את הסיכון מהגזים הרעילים. גזים רע.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Balance	A&D	EJ-6100
Carbon filter	Whatman	WHA67041500
Current transducer	NK Technologies	AT1-010-000-FT
Front camera	Sony	FDR-AX53
FTIR gas analyzer	Fire Testing Technology	Protea atmosFIR AFS-A-15
Heating tape (1.00" x 2.00")	Birk Manufacturing, Inc.	BK3512-19.6-L24-03
High-temperature resistant tape	Kapton
Hydrogen sensor	Amphenol	AX220135
K-type, thermocouple	Omega	KMQSS-020U-12
LabVIEW	National Instruments
Matlab	MathWorks
NI-9213	National Instruments	NI-9213
NI-9219	National Instruments	NI-9219
NI-cDAQ-9174	National Instruments	NI-cDAQ-9174
NI-USB-6009	National Instruments	NI-USB-6009
PID controller	Omega	CN8200
PILOT5000 Chemical Resistant Diaphragm Vacuum Pump	The Lab Depot	TLD5000
Pressure relief valve	Straval	RVL20-10T-N4675
Pressure Transmitter	Keller	0308.01601.081303.02
Pure Nickel Strip (0.1x5x100mm 99.6% Nickel)	U.S. Solid Product
Respirator	McMaster	55865T52
Respirator Cartridge	Honeywell	75Scp100L
Rotary vane vacuum pump (0.5 hp)	Alcatel	Pascal 2010
Side camera	Sony	HDR-CX110
Spot Welder	SUNKKO	737G+
TeamViewer	TeamViewer
Voltage transducer	CR Magnetics Inc.	CR4510-50