Литий батарейкалары портативдик жана тез кубаттоо артыкчылыктарына ээ, анда эмне үчүн коргошун-кислота аккумуляторлору жана башка экинчилик аккумуляторлор дагы эле рынокто айланууда?
Наркы жана ар кандай колдонуу чөйрөлөрүнүн көйгөйлөрүнөн тышкары, дагы бир себеби коопсуздук.
Литий дүйнөдөгү эң активдүү металл.Анын химиялык мүнөздөмөлөрү өтө активдүү болгондуктан, литий металлы абага тийгенде, кычкылтек менен катуу кычкылдануу реакциясына ээ болот, ошондуктан ал жарылуу, күйүү жана башка кубулуштарга жакын болот.Мындан тышкары, кубаттоо жана кубаттоо учурунда литий батареянын ичинде редокс реакциясы да болот.Жарылуу жана өзүнөн-өзү күйүү, негизинен, жылытуу кийин литий батареянын топтоо, диффузия жана бошотуу менен шартталган.Кыскача айтканда, литий батареялары заряддоо жана заряддоо процессинде көп жылуулукту жаратат, бул батареянын ички температурасынын жогорулашына жана айрым батарейкалардын ортосундагы бирдей эмес температурага алып келип, батареянын туруксуз иштешине алып келет.
Термикалык литий-иондук батареянын кооптуу аракеттери (анын ичинде батареянын ашыкча заряды жана ашыкча заряды, тез заряддоо жана разряд, кыска туташуу, механикалык кыянаттык менен пайдалануу шарттары, жогорку температурадагы термикалык шок ж. терс электрод жана оң электрод бетиндеги пассивдүү пленканы түздөн-түз бузуу.
Литий-иондук батарейкалардын термикалык качып кырсыктарын козгоо үчүн көптөгөн себептер бар.Триггердин мүнөздөмөлөрү боюнча, аны механикалык кыянаттык триггер, электрдик кыянаттык триггер жана термикалык кыянаттык триггер деп бөлүүгө болот.Механикалык кыянаттык: акупунктура, экструзия жана транспорттун кагылышуусунан келип чыккан оор объектилердин таасири;Электрди кыянаттык менен пайдалануу: көбүнчө туура эмес чыңалууну башкаруу же электрдик тетиктин бузулушу, анын ичинде кыска туташуу, ашыкча заряддоо жана ашыкча разряд;Жылуулукту кыянаттык менен пайдалануу: температураны туура эмес башкаруудан улам ысып кетүүдөн келип чыккан.
Бул үч ишке киргизүү ыкмалары бири-бири менен байланышкан.Механикалык кыянаттык жалпысынан аккумулятордун диафрагмасынын деформациясына же жарылуусуна алып келет, натыйжада аккумулятордун оң жана терс уюлдары менен кыска туташуулардын ортосунда түз байланыш пайда болуп, электрдик зомбулукка алып келет;Бирок, электр энергиясын кыянаттык менен пайдалануу шартында, Joule жылуулук сыяктуу жылуулуктун пайда болушу көбөйүп, батареянын температурасынын жогорулашына алып келет, бул жылуулукту кыянаттык менен пайдаланууну жаратат, андан ары батареянын ичинде чынжыр тибиндеги жылуулукту пайда кылуу жагы реакциясын козгойт жана акырында пайда болушуна алып келет. батареянын ысып кетиши.
Батареянын термикалык качышы аккумулятордун жылуулукту иштеп чыгуу ылдамдыгы жылуулуктун таралуу ылдамдыгынан бир топ жогору болгондуктан, жылуулук көп өлчөмдө чогулуп, бирок өз убагында таралбай калышынан келип чыгат.Негизи, "термикалык качуу" оң энергия кайтарым цикли процесси болуп саналат: көтөрүлүп жаткан температура системанын ысык болушуна алып келет, ал эми система ысып кеткенден кийин температура көтөрүлөт, бул өз кезегинде системанын ысык болушуна алып келет.
Термикалык качуу процесси: батареянын ички температурасы көтөрүлгөндө, SEI пленкасынын бетиндеги SEI пленкасы жогорку температурада бузулат, графитке киргизилген литий ион электролит жана байланыштыргыч менен реакцияга кирип, батареянын температурасын андан ары түртөт. 150 ℃ чейин жана бул температурада жаңы катуу экзотермиялык реакция пайда болот.Батареянын температурасы 200 ℃ден жогору болгондо, катод материалы чирип, көп сандагы жылуулук жана газды бөлүп чыгарат, ал эми батарея томолой баштайт жана тынымсыз ысып баштайт.Литий камтылган анод 250-350 ℃ электролит менен реакцияга кирди.Заряддалган катод материалы катуу ажыроо реакциясына өтө баштайт, ал эми электролит катуу кычкылдануу реакциясынан өтүп, көп сандагы жылуулукту бөлүп чыгарып, жогорку температураны жана көп сандагы газды пайда кылып, батареянын күйүшүнө жана жарылуусуна алып келет.
Ашыкча заряддоо учурунда литий дендритинин жаашы көйгөйү: Литий кобалаты батареясы толук заряддалгандан кийин оң электроддо көп сандагы литий иондору калат.Башкача айтканда, катод катодго көбүрөөк литий иондорун кармай албайт, бирок ашыкча заряддалган абалда катоддогу ашыкча литий иондору дагы эле катодго сүзөт.Аларды толук камтый албагандыктан, катоддо металл литий пайда болот.Бул металл литий дендриттик кристалл болгондуктан, дендрит деп аталат.Эгерде дендрит өтө узун болсо, диафрагманы тешүү оңой, ички кыска туташуу пайда болот.Электролиттин негизги компоненти карбонат болгондуктан, анын тутануу жана кайноо температурасы төмөн болгондуктан, жогорку температурада күйүп, жада калса жарылып кетет.
Бул полимердик литий батареясы болсо, электролит коллоиддик болуп саналат, ал катуу күйүүгө жакын.Бул көйгөйдү чечүү үчүн окумуштуулар коопсуз катоддук материалдарды алмаштырууга аракет кылышат.литий манганат батареянын материалдык белгилүү бир артыкчылыктарга ээ.Ал оң электроддун литий ионунун литий кобалаты сыяктуу оң электроддо белгилүү бир калдыктардын ордуна, толук заряд абалында терс электроддун көмүртек тешигине толугу менен орнотулушун камсыздай алат, бул кандайдыр бир деңгээлде генерацияны болтурбайт. дендриттер.Литий манганатынын туруктуу түзүлүшү анын кычкылдануу көрсөткүчүн литий кобалатка караганда бир топ төмөн кылат.Сырткы кыска туташуу (ички кыска туташуу эмес) болсо да, ал негизинен литий металлынын жаашы менен шартталган күйүүнүн жана жарылуунун алдын алат.Литий темир фосфаты жогорку жылуулук туруктуулугуна жана электролиттин аз кычкылдануу жөндөмдүүлүгүнө ээ, ошондуктан ал жогорку коопсуздукка ээ.
Литий-иондук батарейканын эскирүү алсыздануусу кубаттуулуктун начарлашы жана ички каршылыктын жогорулашы менен көрүнөт, ал эми анын ички карылык алсыздануу механизми оң жана терс активдүү материалдарды жоготууну жана жеткиликтүү литий иондорун жоготууну камтыйт.Катод материалы эскирип, чиригенде жана катоддун сыйымдуулугу жетишсиз болгондо, катоддон литийдин бөлүнүп чыгуу коркунучу көбүрөөк болот.Ашыкча разряддын шартында катоддун литийге чейинки потенциалы 3V жогору көтөрүлөт, бул жездин эрүү потенциалынан жогору, жез коллекторунун эришине алып келет.Эриген жез иондору катоддун бетине чөкмө түшүп, жез дендриттерин пайда кылат.Жез дендриттери диафрагма аркылуу өтүп, ички кыска туташууну пайда кылат, бул батареянын коопсуздугуна олуттуу таасирин тийгизет.
Мындан тышкары, эскирген батарейкалардын ашыкча зарядга каршылыгы, негизинен, ички каршылыктын жогорулашынан жана оң жана терс активдүү заттардын азайышынан улам, белгилүү бир деңгээлде төмөндөйт, натыйжада батареяларды ашыкча заряддоо процессинде джоуль ысышы көбөйөт.Азыраак ашыкча заряддалганда, батарейкалардын термикалык качып кетишине себеп болгон терс реакциялар пайда болушу мүмкүн.Термикалык туруктуулук жагынан, катоддон литийдин эволюциясы батареянын жылуулук туруктуулугунун кескин төмөндөшүнө алып келет.
Бир сөз менен айтканда, эскирген батареянын коопсуздук көрсөткүчтөрү кыйла төмөндөйт, бул батареянын коопсуздугуна олуттуу коркунуч келтирет.Эң кеңири таралган чечим батареянын энергиясын сактоо тутумун батареяны башкаруу системасы (BMS) менен жабдуу болуп саналат.Мисалы, Tesla Model S-де колдонулган 8000 18650 батарейкалар батарейканын ар кандай физикалык параметрлерине реалдуу убакыт режиминде мониторинг жүргүзүп, батарейканын колдонуу абалына баа берип, батарейканы башкаруу системасы аркылуу онлайн диагностикасын жана эрте эскертүүнү жүргүзө алат.Ошол эле учурда, ал ошондой эле разряд жана алдын ала заряд башкаруу, батарея балансын башкаруу жана жылуулук башкарууну аткара алат.
Посттун убактысы: 2022-жылдын 2-декабрына чейин