يعد الهروب الحراري لبطاريات الليثيوم ظاهرة حتمية بالفعل، ويرجع ذلك أساسًا إلى الخواص الكيميائية شديدة التفاعل لمعدن الليثيوم، مما يجعل معالجة معدن الليثيوم وتخزينه واستخدامه متطلبًا للغاية من الناحية البيئية.
1. أسباب الهروب الحراري لبطاريات الليثيوم
1.1 ماس كهربائى داخلي: عند حدوث ماس كهربائى بين القطبين الموجب والسالب داخل البطارية، تتولد كمية كبيرة من الحرارة، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة البطارية بسرعة ويؤدي إلى توليد حرارة غير منضبطة. قد تحدث دوائر قصيرة بسبب عيوب في عملية تصنيع البطارية، أو تمزق الغشاء الناتج عن تقادم البطارية، أو نمو التشعبات الذي يخترق الغشاء.
1.2 الشحن الزائد: عندما يتم شحن البطارية بشكل زائد، سيخضع الإلكتروليت الداخلي لتفاعل تحلل، مما ينتج عنه كمية كبيرة من الغاز والحرارة، مما يؤدي إلى زيادة سريعة في درجة حرارة البطارية ويسبب الهروب الحراري. قد يحدث الشحن الزائد بسبب عطل في الشاحن، أو فشل نظام إدارة البطارية (BMS)، أو تشغيل المستخدم بشكل غير صحيح.
1.3 الأضرار الخارجية:عندما تتضرر البطارية بسبب الاصطدام أو الضغط أو الثقب، سوف يتسرب الإلكتروليت الموجود بالداخل ويتفاعل كيميائيًا مع الأكسجين الموجود في الهواء، مما ينتج عنه كمية كبيرة من الحرارة والغاز، مما يؤدي إلى زيادة سريعة في درجة حرارة البطارية ويسبب الهروب الحراري.
1.4 شيخوخة البطارية: مع استخدام البطارية لفترة أطول من الوقت، سوف يتحلل الإلكتروليت الداخلي تدريجيًا ويتقادم، مما يؤدي إلى انخفاض سعة البطارية، وزيادة المقاومة الداخلية، وتدهور أداء تبديد الحرارة، مما قد يؤدي في النهاية إلى الهروب الحراري من البطارية.
1.5 بيئة درجة الحرارة العالية:قد يؤدي تشغيل بطاريات الليثيوم على المدى الطويل في بيئات ذات درجة حرارة عالية إلى استمرار ارتفاع درجة الحرارة الداخلية للبطارية، مما يؤدي إلى تسخين غير متحكم فيه.
2. التدابير المضادة للهروب الحراري لبطاريات الليثيوم
2.1 تحسين دقة تصنيع البطارية:رقابة صارمة على جودة لوحات القطب والفواصل في عملية الإنتاج. يتم استخدام معدات القطع عالية الدقة لضمان خلو المستقطب من نتوءات، ويتم استخدام طرق فحص الجودة المتقدمة لضمان سلامة وتوحيد الحجاب الحاجز.
2.2 تحسين اختيار المواد ونسبتها: اختر مواد إلكتروليتات وإلكتروليتات مستقرة موجبة وسالبة. بالنسبة لمواد القطب الموجب، مع تلبية متطلبات كثافة الطاقة، يجب إعطاء الأولوية لأنظمة المواد ذات الاستقرار الحراري الجيد. في الوقت نفسه، حدد مواد القطب السالبة التي يمكن أن تشكل طبقة SEI مستقرة، وضبط تكوين المنحل بالكهرباء بشكل معقول، وإضافة بعض الإضافات المستقرة حرارياً لقمع تحلل المنحل بالكهرباء.
2.3 تعزيز مراقبة جودة تجميع البطارية: إنشاء عمليات ومعايير تجميع صارمة، وضمان التجميع الدقيق للمكونات مثل الأقطاب الكهربائية والفواصل من خلال معدات التجميع الآلية، وإجراء اختبارات إغلاق صارمة على البطاريات المجمعة.
2.4 طرق الشحن والتفريغ الصحيحة:استخدم شاحنًا يتوافق مع مواصفات البطارية لتجنب الشحن الزائد والتفريغ الزائد. بالنسبة لمعدات بطارية الليثيوم، يجب ضبط فولتية قطع الشحن والتفريغ المعقولة، ويجب تضمين خوارزميات الشحن الذكية في برنامج الجهاز أو معدات الشحن لضبط تيار الشحن والجهد ديناميكيًا وفقًا لحالة البطارية.
2.5 التحكم في درجة حرارة بيئة الاستخدام:حاول تجنب استخدام البطاريات وتخزينها في بيئات ذات درجات حرارة عالية. إذا تم تطبيق البطارية على المعدات في بيئات ذات درجة حرارة عالية، فيجب تركيب أجهزة فعالة لتبديد الحرارة مثل المشتتات الحرارية والمراوح وما إلى ذلك.
2.6 الفحص والصيانة الدورية:بالنسبة لمعدات بطارية الليثيوم المستخدمة لفترة طويلة، يجب فحص البطارية بانتظام، بما في ذلك الفحص البصري (للانتفاخات والتسريبات وما إلى ذلك) واختبار الأداء (لمؤشرات مثل السعة والمقاومة الداخلية).
3. استراتيجيات الاستجابة الوطنية والصناعية للانفلات الحراري لبطاريات الليثيوم
3.1 تحسين معايير الدفاع: واقترح المكتب الوطني للإطفاء والإنقاذ والإدارات الأخرى ذات الصلة تحسين معايير الوقاية من حرائق المباني، وتحويل مفاهيم الوقاية من الحرائق ومكافحتها، وتقليل الضرر الناجم عن الهروب الحراري لبطاريات الليثيوم.
3.2 تعزيز التقدم التكنولوجي: تشجيعاستضافة الشركات المصنعة والمؤسسات ذات الصلة لتعزيز البحث والتطوير التكنولوجي، وتحسين عمليات الإنتاج، وتعزيز أداء السلامة للمواد الرئيسية مثل الشوارد الكهربائية والأغشية.
3.3 الترويج لتقنيات البطاريات الجديدة:تتمتع بطاريات الحالة الصلبة وغيرها من تقنيات البطاريات الجديدة بكثافة طاقة أعلى وأداء أكثر استقرارًا، مما يجعلها نقطة جذب بحثية لمركبات الطاقة الجديدة. على الرغم من أن عملية تصنيع بطاريات الحالة الصلبة معقدة ومكلفة، ومع التقدم التكنولوجي المستمر وخفض التكلفة، فمن المتوقع أن يتم استبدال البطاريات السائلة في المستقبل وتقليل مخاطر الانفلات الحراري.
4. لا يزال مسار تطوير تكنولوجيا سلامة بطارية الليثيوم طويلاً
مع الاستخدام الواسع النطاق لبطاريات الليثيوم أيون في السيارات الكهربائية، وأنظمة تخزين الطاقة، والأجهزة الإلكترونية المحمولة، وغيرها من المجالات، حظيت قضايا السلامة أيضًا باهتمام متزايد.
4.1 البحث والابتكار في مواد البطارية:
في الوقت الحاضر، تعتمد بطاريات الليثيوم أيون بشكل أساسي على مواد القطب الموجب مثل أكسيد كوبالت الليثيوم وأكسيد كوبالت نيكل الليثيوم ومنغنيز الكوبالت، بالإضافة إلى مواد القطب السالب القائمة على الجرافيت أو السيليكون. قد تشكل هذه المواد مخاطر على السلامة مثل الانفلات الحراري والدوائر القصيرة أثناء عملية الشحن والتفريغ.
لذلك، يعد البحث عن مواد بطارية أكثر أمانًا واستقرارًا اتجاهًا مهمًا لتكنولوجيا سلامة بطاريات الليثيوم. على سبيل المثال، اجتذبت بطاريات الحالة الصلبة الكثير من الاهتمام نظرًا لكثافة طاقتها العالية وسلامتها الأفضل.
4.2 تحسين نظام إدارة البطارية (BMS):
يعد BMS أحد المكونات الأساسية لحزم بطاريات الليثيوم أيون، وهو المسؤول عن مراقبة الجهد والتيار ودرجة الحرارة والمعلمات الأخرى لحزمة البطارية، والتحكم في الشحن والتفريغ بناءً على هذه المعلمات.
من خلال تحسين خوارزمية BMS وتصميم الأجهزة، يمكن تحسين سلامة حزمة البطارية. على سبيل المثال، من خلال مراقبة الحالة الصحية لحزمة البطارية في الوقت الفعلي، يمكن تنبيه مشكلات السلامة المحتملة ومعالجتها في الوقت المناسب.
4.3 التقدم في تكنولوجيا الإدارة الحرارية للبطارية:
تولد بطاريات الليثيوم أيون الحرارة أثناء التشغيل، وإذا لم يتم تبديد الحرارة في الوقت المناسب، فقد يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة البطارية، مما يؤدي إلى مشكلات تتعلق بالسلامة.
لذلك، يعد البحث عن تكنولوجيا الإدارة الحرارية للبطارية الأكثر كفاءة أيضًا اتجاهًا مهمًا لتكنولوجيا سلامة بطاريات الليثيوم. على سبيل المثال، اعتماد التبريد السائل وتبريد الهواء وطرق تبديد الحرارة الأخرى، بالإضافة إلى تطوير حلول متكاملة أكثر كفاءة لأنظمة الإدارة الحرارية.
4.4 تحسين تكنولوجيا تصنيع واختبار البطاريات:
إن عملية تصنيع بطاريات الليثيوم أيون لها تأثير كبير على عمرهاafety. على سبيل المثال، قد تؤدي العيوب والشوائب الموجودة داخل البطارية إلى حدوث مشكلات تتعلق بالسلامة.
ولذلك، فإن تحسين تكنولوجيا مراقبة الجودة والاختبار في عملية تصنيع البطاريات يعد أيضًا جزءًا مهمًا من تكنولوجيا سلامة بطاريات الليثيوم. من خلال اعتماد معدات تصنيع وطرق اختبار أكثر تقدمًا، يمكن تقليل العيوب والشوائب داخل البطارية، ويمكن تحسين سلامة البطارية.
4.5 صياغة وتحسين اللوائح والمعايير:
مع الاستخدام الواسع النطاق لبطاريات الليثيوم أيون، يتم تحسين اللوائح والمعايير ذات الصلة باستمرار. توفر هذه اللوائح والمعايير متطلبات ولوائح واضحة لسلامة بطاريات الليثيوم أيون.
ولذلك، فإن تعزيز صياغة وتحسين اللوائح والمعايير يعد أيضًا اتجاهًا مهمًا لتطوير تكنولوجيا سلامة بطاريات الليثيوم. ومن خلال صياغة لوائح ومعايير أكثر صرامة، يمكن تعزيز التقدم المستمر والتحسين في تكنولوجيا سلامة بطاريات الليثيوم.