Materion cymhwysiad a diogelwch batris lithiwm-ion:Defnyddir batris ïon lithiwm yn eang oherwydd eu dwysedd ynni uchel, pŵer allbwn uchel, a foltedd allbwn cyfartalog uchel. Fodd bynnag, mae damweiniau a achosir gan fethiannau batri yn digwydd bob blwyddyn, ac ychydig o bobl sy'n deall risgiau diogelwch yn weithredol. Felly, mae nodi a lliniaru peryglon diogelwch batris lithiwm yn hanfodol.
Prif gynnwys yr erthygl:Yn gyntaf, dadansoddir ffenomen rhediad thermol a thrafodir systemau monitro amrywiol. Yna, pwysleisir cymhwyso synwyryddion gratio Bragg ffibr (FBG) wrth ganfod data batri mewn amser real. Yn olaf, crynhoir dulliau ar gyfer lleihau materion diogelwch mewn batris lithiwm, gan gynnwys defnyddio haenau arwyneb electrod, electrolytau, gwahanyddion, ac atal twf dendrite lithiwm. Mae gan y cynnwys hwn werth cyfeirio ar gyfer ymchwil yn y dyfodol ar ddiogelwch batri lithiwm.
1. Rhagymadrodd
Amlygir materion cymhwysiad a diogelwch batris lithiwm-ion:mae datblygiad ynni adnewyddadwy yn duedd yr oes, ac mae batris yn hollbresennol ym mywyd beunyddiol. Defnyddir batris ïon lithiwm yn eang ac maent yn hanfodol ar gyfer datblygu meysydd ynni newydd. Fodd bynnag, yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae eu problem gorboethi wedi effeithio ar ddatblygiad cerbydau trydan, ac mae diogelwch batri wedi bod yn bryder.
Cyfeiriad ymchwil a phwrpas yr erthygl:Mae gwyddonwyr yn defnyddio technolegau amrywiol i wella diogelwch batris lithiwm-ion. Ar hyn o bryd, mae ymchwil monitro diogelwch ar ddulliau rhagfynegi a rhybuddio rhediad thermol batri yn gyfeiriad poblogaidd. Nod yr erthygl yw crynhoi dulliau uwch perthnasol a chyflwyno'r cynnydd ymchwil diweddaraf.
2. Dulliau presennol ar gyfer gwella ffactorau diogelwch
Achos damwain diogelwch:Pan ddefnyddir batris lithiwm yn amhriodol (fel gor-wefru, gorboethi, effaith, cylched byr), mae'r tymheredd yn codi'n annormal, gan achosi adweithiau cemegol mewnol a chynhyrchu nwy a mwg. Mae'r falf diogelwch yn agor, ac mae'r gwres yn cynyddu'r tymheredd ymhellach, a all arwain at hylosgiad neu ffrwydrad.
Ffyrdd o wella diogelwch:yn bennaf yn cynnwys monitro ac osgoi damweiniau diogelwch, uwchraddio strwythurau batri, neu ailosod cydrannau problemus.
Dulliau penodol i wella diogelwch batris lithiwm-ion
Atal rhediad thermol
Egwyddor rhedeg i ffwrdd thermol:Mae adwaith ecsothermig deunyddiau y tu mewn i'r batri yn achosi i'r batri gynhesu'n gyflym a rhyddhau egni cemegol. Gall ffactorau lluosog achosi gorboethi, megis anffurfiad strwythurol, cylched byr, gor-godi tâl, heneiddio cydrannau, methiant y system oeri, ac ati. Mae dwysedd ynni uchel batris a'r defnydd o electrolytau fflamadwy yn cynyddu'r risg o redeg i ffwrdd thermol.
System oeri:Mae gwyddonwyr wedi datblygu systemau rheoli thermol batri (BTMS), gan gynnwys systemau oeri aer ac oeri hylif, ond mae anfanteision i'r ddau. Mae'r system oeri hybrid yn cyfuno manteision y ddau a gall reoleiddio a rheoli afradu gwres batri yn well, a dylid pennu'r dewis penodol yn ôl y sefyllfa.
| Systemau oeri | Manteision | Anfanteision |
|
Aer oeri BTMS |
Ysgafn mewn strwythur Cost isel mewn datblygu a cynnal a chadw. |
1. dargludedd thermol isel a bregusrwydd i toddi thermol. 2. Yn anodd ei ddefnyddio mewn cerbydau trydan. |
|
Hylif wedi'i oeri BTMS |
Cynhwysedd gwres uchel a thermol dargludedd. |
1. Yn dueddol o ollwng hylif 2. Anodd gwella'r system oherwydd strwythur cymhleth |
| BTMS hybrid | Gwell effeithiolrwydd oeri | 1. Mwy o gydrannau a chymhlethdod |
Synhwyrydd Gratio Bragg Ffibr (FBG)
Egwyddor monitro:Atal peryglon diogelwch trwy fonitro symptomau lluosog y batri mewn amser real. Mae dulliau modern yn aml yn adlewyrchu cyflwr y batri yn anuniongyrchol trwy fonitro llif gwres neu ganfod cracio electrod, tra gall synwyryddion FBG fesur yr ymateb tymheredd a straen yn uniongyrchol neu'n anuniongyrchol y tu mewn a'r tu allan i'r batri, ac astudio diraddiad electrolyte trwy'r rhyngweithio rhwng golau a gludir gan ffibrau optegol a yr amgylchedd cemegol cyfagos.
Manteision:Mae gan synwyryddion FBG nodweddion ymyrraeth leiaf ymledol, gwrth electromagnetig, ac inswleiddio. Gallant barhau i ddarparu data yn gywir o dan dymheredd uchel a gwasgedd uchel. Pan fydd y dangosyddion yn cyrraedd y gwerth critigol, gellir addasu neu derfynu gweithrediad batri mewn modd amserol, gan wella diogelwch defnyddio batri.
|
Tymheredd Monitro |
Monitro Tymheredd Allanol: Mae synhwyrydd FBG wedi'i gysylltu'n uniongyrchol ag wyneb y batri (a all fod yn y siâp darn arian neu silindr) i ganfod tymheredd amser real. |
|
Monitro Tymheredd Mewnol: yn cael ei fewnblannu'n uniongyrchol i'r batri ar gyfer canfod tymheredd mewnol. |
|
| Monitro Straen |
Monitro straen allanol: Mae FBG yn monitro'r straen allanol a achosir gan ffactorau megis newidiadau tymheredd, cywasgu mecanyddol, neu effeithiau. |
|
Monitro straen mewnol: Mae FBG yn monitro'r straen y tu mewn i'r batri wrth ei ddefnyddio neu wrth wefru a gollwng. |
|
| Monitro Tymheredd a Straen ar yr un pryd | |
Gwella gwahanydd batri i sefydlogi'r batri
Rôl a heriau dylunio gwahanydd:Mae gwahanydd yn rhwystr corfforol mewn batri sy'n atal cyswllt uniongyrchol rhwng yr electrodau positif a negyddol ac yn darparu ar gyfer electrolytau i hyrwyddo symudiad ïon. Mae angen i'r dyluniad gydbwyso gwydnwch mecanyddol a mandylledd neu berfformiad trafnidiaeth, gan ei gwneud yn her i'w ddefnyddio mewn systemau batri ar raddfa fawr.
Dull gwella:Mae'r ymchwil gyfredol yn canolbwyntio'n bennaf ar wella pilenni polyolefin (PP) masnachol, megis gorchuddio neu impio cyfansoddion organig/anorganig, a thrin yr wyneb â chyfansoddion sy'n gwrthsefyll gwres. Gellir defnyddio technoleg electrospining hefyd i gynhyrchu pilenni nanofiber, a all wella sefydlogrwydd thermol. Gall ychwanegu deunyddiau hydroffilig wella perfformiad a rhwystro twf dendrite lithiwm.
Electroly polymer nad yw'n hylosg
Problemau electrolyt traddodiadol a chyfarwyddiadau gwella:Gall electrolytau traddodiadol brofi rhediad thermol o dan amodau eithafol, gan arwain at ocsidiad, cymysgu deunyddiau electrod, a hyd yn oed ffrwydrad. Mae gwelliant yn gofyn am ystyriaeth gynhwysfawr o briodweddau ffisegol a chemegol a sefydlogrwydd electrolytau ac electrodau. Electrolytiau polymer solet (SPEs) yw'r duedd yn y dyfodol, heb unrhyw ollyngiad, cryfder mecanyddol uchel, a sefydlogrwydd, a all leihau newid cyfaint deunyddiau electrod.
| Mathau o SPEs | Nodweddion |
| SPEs poly ethylene ocsid |
1. dargludedd uwch 2. maint addasadwy 3. Cost is 4. Priodweddau electrocemegol rhagorol |
| SPEs polysiloxane |
1. gwell sefydlogrwydd thermol 2. nonflammability 3. cysonion dielectrig uwch |
Nodweddion a gwrth-fflamau SPEs:Mae gan wahanol SPEs fanteision gwahanol, megis dargludedd uchel a maint addasadwy o SPEs polyethylen ocsid; Mae gan SPEs polysiloxane sefydlogrwydd thermol da ac nid ydynt yn fflamadwy. Mae'r rhan fwyaf o SPEs yn gofyn am ychwanegu gwrth-fflamau, ac mae gwrth-fflamau anorganig yn fwy diogel ac yn rhatach, a all wella perfformiad SPEs ac atal twf dendrite lithiwm. Fodd bynnag, mae ymchwil SPEs yn gymharol newydd ac mae eu cymwysiadau'n gyfyngedig, ac ni ellir disodli electrolytau masnachol.
| Gwrth Fflam | Priodweddau |
| Gwrth-fflam Halogen |
1. Ultra-ysgafn, Ultra-denau 2. Anodd tanio 3. Mae radicalau rhydd a gynhyrchir yn lliniaru pyrolysis 4. Mae'r cynnyrch yn gwanhau'r crynodiad o nwyon hylosg ac ocsigen |
| Organoffosfforws Gwrth-Fflam |
1. Gwell diogelwch tân 2. Gwellwyd sefydlogrwydd beiciau batris 3. Roedd twf dendrites lithiwm yn atal 4. Gall cynhyrchion dadelfennu gyfuno â radicals hylosg |
|
Fflam Anorganig Seiliedig ar Ffosfforws Gostyngwyr |
1. Gwenwyndra isel 2. Pris Isel 3. Gall wneud y tâl ar wyneb gwisg lithiwm metel 4. Atal dendrites lithiwm. |
| Gwrth-Fflam Nano-Filler anorganig |
1. Hwyluso symudiad ïonau lithiwm a gwella ïon dargludedd. 2. Osgoi twf dendrites lithiwm 3. Y gallu i atal lluosogi thermol 4. gwell sefydlogrwydd thermol |
Atal twf dendrite lithiwm
Ffurfio dendrites lithiwm a pheryglon:Mae dendritau lithiwm yn cael eu hachosi gan ddyddodiad anwastad o ïonau lithiwm yn ystod ymfudiad electrodau positif a negyddol, a all arwain at ehangu electrod, lleihau effeithlonrwydd Coulombic, llai o gapasiti batri, a dirywiad mewn perfformiad diogelwch, gan arwain yn y pen draw at fethiant batri.
Dull atal:Atal o ddau gyfeiriad: electrolyte ac electrod negyddol metel lithiwm. Gall ychwanegu ychwanegion at electrolytau wella ymarferoldeb yr haen rhyngwyneb electrolyt solet (SEI), megis polysylfidau lithiwm a nitrad lithiwm, a all atal ffurfio dendritau lithiwm yn effeithiol; O safbwynt electrodau, gall electrodau lithiwm tri dimensiwn negyddol leihau'r newid cyfaint o electrodau negyddol, megis electrodau cyfansawdd graphene. Mae yna hefyd rai haenau SEI newydd a all atal twf dendrite lithiwm yn effeithiol.
Dull electrod cotio wyneb
Rôl a chymhwysiad cotio arwyneb:Cotio wyneb yw'r brif dechnoleg ar gyfer amddiffyn catodau a gwella sefydlogrwydd thermol deunyddiau catod, a all atal trawsnewid cyfnod a gwella dargludedd deunydd. Gall defnyddio technoleg cotio wyneb mewn deunyddiau catod ternary manganîs nicel cobalt (NMC) wella microstrwythur, perfformiad electrocemegol, dargludedd thermol, cyfernod trylediad ïon, a sefydlogrwydd thermol, lleihau difrod strwythurol mewnol, cynyddu sefydlogrwydd beicio, ac atal trwytholchi ïon metel.
Dulliau ac effeithiau penodol:Os defnyddir y dull synthetig "cotio + darlifiad" i orchuddio deunyddiau penodol ar dymheredd yr ystafell, neu os defnyddir y dechnoleg sol gel i greu cotio unffurf ar yr wyneb catod ar dymheredd isel, gellir gwella sefydlogrwydd y cylch yn sylweddol.
| Agwedd(au) | Gwelliant ar ôl gorchuddio |
| Morffoleg a strwythur microsgopig |
1. Strwythur wyneb mwy cryno mewn electrod positif a strwythur dellt wedi'i archebu 2. Mae sefydlogrwydd cynyddol. |
| Nodweddu perfformiad electrocemegol |
1. Sefydlogrwydd beicio wedi'i wella'n sylweddol 2. Cynyddodd lluosydd deunydd 3. Gwrthiant materol wedi'i leihau 4. Gwellodd perfformiad trafnidiaeth electronig |
|
Dargludedd thermol, cyfernod trylediad ion a sefydlogrwydd thermol |
1. Perfformiad trosglwyddo gwres o ddeunyddiau pur wedi'i wella 2. Gwella perfformiad oeri batri a diogelwch thermol 3. perfformiad trylediad lon gwella |
3. Crynodeb
Dosbarthiad dull:Gellir rhannu dulliau o wella diogelwch batris lithiwm-ion yn fras yn ddau gategori: un yw monitro paramedrau batri mewn amser real fel system rhybudd cynnar i atal damweiniau diogelwch, a'r llall yw gwella'r deunyddiau mewnol neu strwythur y batri.
Mesurau ac effeithiau penodol
Yn y categori cyntaf, gall systemau rheoli thermol batri (BTMS) atal rhediad thermol, ac mae BTMS hybrid yn cael yr effaith oeri orau, ond mae'r strwythur yn gymhleth ac mae'r gost yn uchel. Gall synwyryddion Fiber Bragg Grating (FBG) fonitro tymheredd, straen a phwysau batri mewn amser real, a gallant nodi amodau gorboethi neu annormal yn gyflym.
Yn yr ail gategori, mae ymchwilwyr wedi gwella diogelwch batris lithiwm-ion trwy wella gwahanyddion, electrolytau, atal twf dendrite lithiwm, a thrin yr wyneb catod.