Bateritë e litiumit kanë avantazhet e transportueshmërisë dhe karikimit të shpejtë, kështu që pse bateritë me acid plumbi dhe bateritë e tjera dytësore ende qarkullojnë në treg?
Përveç problemeve të kostos dhe fushave të ndryshme të aplikimit, një arsye tjetër është siguria.
Litiumi është metali më aktiv në botë.Për shkak se karakteristikat e tij kimike janë shumë aktive, kur metali litium ekspozohet në ajër, ai do të ketë një reaksion të ashpër oksidimi me oksigjenin, kështu që është i prirur ndaj shpërthimit, djegies dhe fenomeneve të tjera.Përveç kësaj, reaksioni redoks do të ndodhë gjithashtu brenda baterisë së litiumit gjatë karikimit dhe shkarkimit.Shpërthimi dhe djegia spontane shkaktohen kryesisht nga akumulimi, difuzioni dhe lirimi i baterisë së litiumit pas ngrohjes.Me pak fjalë, bateritë e litiumit do të gjenerojnë shumë nxehtësi gjatë procesit të karikimit dhe shkarkimit, gjë që do të çojë në rritjen e temperaturës së brendshme të baterisë dhe temperaturën e pabarabartë midis baterive individuale, duke shkaktuar kështu performancën e paqëndrueshme të baterisë.
Sjelljet e pasigurta të baterisë së litium-jonit termik (përfshirë mbingarkimin dhe shkarkimin e tepërt të baterisë, ngarkimin dhe shkarkimin e shpejtë, qarkun e shkurtër, kushtet e abuzimit mekanik, goditjen termike me temperaturë të lartë, etj.) ka të ngjarë të shkaktojnë reaksione anësore të rrezikshme brenda baterisë dhe të gjenerojnë nxehtësi, duke dëmtuar drejtpërdrejt filmin pasiv në sipërfaqen e elektrodës negative dhe të elektrodës pozitive.
Ka shumë arsye për shkaktimin e aksidenteve termike të baterive të joneve litium.Sipas karakteristikave të ndezjes, ajo mund të ndahet në ndezjen e abuzimit mekanik, ndezjen e abuzimit elektrik dhe ndezjen e abuzimit termik.Abuzimi mekanik: i referohet akupunkturës, nxjerrjes dhe ndikimit të objekteve të rënda të shkaktuara nga përplasja e automjetit;Abuzimi me energjinë elektrike: në përgjithësi shkaktohet nga menaxhimi jo i duhur i tensionit ose dështimi i komponentit elektrik, duke përfshirë qarkun e shkurtër, mbingarkimin dhe shkarkimin e tepërt;Abuzimi me nxehtësinë: shkaktuar nga mbinxehja e shkaktuar nga menaxhimi i gabuar i temperaturës.
Këto tre metoda nxitëse janë të ndërlidhura.Abuzimi mekanik në përgjithësi do të shkaktojë deformim ose këputje të diafragmës së baterisë, duke rezultuar në kontakt të drejtpërdrejtë midis poleve pozitive dhe negative të baterisë dhe qarkut të shkurtër, duke rezultuar në abuzim elektrik;Megjithatë, në kushtet e abuzimit me energjinë elektrike, gjenerimi i nxehtësisë si nxehtësia Joule rritet, duke shkaktuar rritjen e temperaturës së baterisë, e cila zhvillohet në abuzim me nxehtësinë, duke shkaktuar më tej reaksionin anësor të gjenerimit të nxehtësisë së tipit zinxhir brenda baterisë dhe në fund çon në shfaqjen i nxehtësisë së baterisë që largohet.
Largimi termik i baterisë shkaktohet nga fakti se shkalla e gjenerimit të nxehtësisë së baterisë është shumë më e lartë se shkalla e shpërndarjes së nxehtësisë, dhe nxehtësia grumbullohet në një sasi të madhe, por nuk shpërndahet në kohë.Në thelb, "arratisja termike" është një proces cikli i reagimit pozitiv të energjisë: rritja e temperaturës do të bëjë që sistemi të nxehet dhe temperatura do të rritet pasi sistemi të nxehet, gjë që nga ana tjetër do ta bëjë sistemin të bëhet më i nxehtë.
Procesi i largimit termik: kur temperatura e brendshme e baterisë rritet, filmi SEI në sipërfaqen e filmit SEI dekompozohet nën temperaturë të lartë, joni i litiumit i ngulitur në grafit do të reagojë me elektrolitin dhe lidhësin, duke e shtyrë më tej temperaturën e baterisë lart. në 150 ℃, dhe në këtë temperaturë do të ndodhë një reaksion i ri i dhunshëm ekzotermik.Kur temperatura e baterisë arrin mbi 200 ℃, materiali i katodës dekompozohet, duke lëshuar një sasi të madhe nxehtësie dhe gazi, dhe bateria fillon të fryhet dhe nxehet vazhdimisht.Anoda e ngulitur me litium filloi të reagojë me elektrolitin në 250-350 ℃.Materiali i ngarkuar i katodës fillon t'i nënshtrohet reaksionit të dekompozimit të dhunshëm, dhe elektroliti i nënshtrohet një reaksioni të dhunshëm oksidimi, duke lëshuar një sasi të madhe nxehtësie, duke gjeneruar temperaturë të lartë dhe një sasi të madhe gazi, duke shkaktuar djegie dhe shpërthim të baterisë.
Problemi i reshjeve të dendritit të litiumit gjatë mbingarkesës: Pasi bateria e kobalatit të litiumit të jetë plotësisht e ngarkuar, një sasi e madhe jonesh litium mbeten në elektrodën pozitive.Kjo do të thotë, katoda nuk mund të mbajë më shumë jone litium të bashkangjitur në katodë, por në gjendje të mbingarkuar, jonet e tepërta të litiumit në katodë do të vazhdojnë të notojnë në katodë.Për shkak se ato nuk mund të përmbahen plotësisht, litiumi metalik do të formohet në katodë.Meqenëse ky litium metalik është një kristal dendrit, ai quhet dendrit.Nëse dendriti është shumë i gjatë, është e lehtë të shpohet diafragma, duke shkaktuar qark të shkurtër të brendshëm.Duke qenë se përbërësi kryesor i elektrolitit është karbonati, pika e tij e ndezjes dhe pika e vlimit janë të ulëta, kështu që ai do të digjet apo edhe do të shpërthejë në temperaturë të lartë.
Nëse është një bateri polimer litiumi, elektroliti është koloidal, i cili është i prirur për djegie më të dhunshme.Për të zgjidhur këtë problem, shkencëtarët përpiqen të zëvendësojnë materialet katodike më të sigurta.Materiali i baterisë së manganatit të litiumit ka disa avantazhe.Mund të sigurojë që joni i litiumit të elektrodës pozitive mund të futet plotësisht në vrimën e karbonit të elektrodës negative nën gjendjen e plotë të ngarkesës, në vend që të ketë mbetje të caktuara në elektrodën pozitive si kobalati i litiumit, i cili në një farë mase shmang gjenerimin e dendritet.Struktura e qëndrueshme e manganatit të litiumit e bën performancën e tij të oksidimit shumë më të ulët se ajo e kobalatit të litiumit.Edhe nëse ka një qark të shkurtër të jashtëm (në vend të një qarku të shkurtër të brendshëm), ai në thelb mund të shmangë djegien dhe shpërthimin e shkaktuar nga reshjet e metalit të litiumit.Fosfati i hekurit të litiumit ka stabilitet më të lartë termik dhe kapacitet më të ulët oksidimi të elektrolitit, kështu që ka siguri të lartë.
Dobësimi i plakjes së baterisë së joneve të litiumit manifestohet nga zbutja e kapacitetit dhe rritja e rezistencës së brendshme, dhe mekanizmi i saj i brendshëm i dobësimit të plakjes përfshin humbjen e materialeve aktive pozitive dhe negative dhe humbjen e joneve të litiumit në dispozicion.Kur materiali i katodës është i vjetëruar dhe i kalbur, dhe kapaciteti i katodës është i pamjaftueshëm, rreziku i evolucionit të litiumit nga katoda ka më shumë gjasa të ndodhë.Në kushtet e shkarkimit të tepërt, potenciali i katodës në litium do të rritet mbi 3 V, që është më i lartë se potenciali i tretjes së bakrit, duke shkaktuar shpërbërjen e kolektorit të bakrit.Jonet e tretura të bakrit do të precipitojnë në sipërfaqen e katodës dhe do të formojnë dendrite bakri.Dendritet e bakrit do të kalojnë nëpër diafragmë, duke shkaktuar qark të shkurtër të brendshëm, i cili ndikon seriozisht në performancën e sigurisë së baterisë.
Për më tepër, rezistenca e mbingarkesës së baterive të vjetruara do të ulet në një masë të caktuar, kryesisht për shkak të rritjes së rezistencës së brendshme dhe uljes së substancave aktive pozitive dhe negative, duke rezultuar në rritjen e nxehtësisë joule gjatë procesit të mbingarkimit të baterive.Nën mbingarkesë më pak, mund të shkaktohen reaksione anësore, duke shkaktuar largimin termik të baterive.Për sa i përket stabilitetit termik, evolucioni i litiumit nga katoda do të çojë në një rënie të mprehtë të stabilitetit termik të baterisë.
Me një fjalë, performanca e sigurisë së baterisë së vjetëruar do të ulet shumë, gjë që do të rrezikojë seriozisht sigurinë e baterisë.Zgjidhja më e zakonshme është pajisja e sistemit të ruajtjes së energjisë së baterisë me një sistem të menaxhimit të baterive (BMS).Për shembull, 8000 bateritë 18650 të përdorura në Tesla Model S mund të realizojnë monitorim në kohë reale të parametrave të ndryshëm fizikë të baterisë, të vlerësojnë statusin e përdorimit të baterisë dhe të kryejnë diagnozën në internet dhe paralajmërimin e hershëm përmes sistemit të menaxhimit të baterisë.Në të njëjtën kohë, ai gjithashtu mund të kryejë kontrollin e shkarkimit dhe para-karikimit, menaxhimin e balancës së baterisë dhe menaxhimin termik.
Koha e postimit: Dhjetor-02-2022