Thermal Runaway: batteria e protezione della batteria

Ci sono grandi sfide nella produzione di batterie e batterie ricaricabili per l'elettromobilità. Un grande argomento nella protezione delle batterie e delle batterie ricaricabili dall'instabilità termica.

Thermal runaway descrive il surriscaldamento di una reazione chimica esotermica o di un apparato tecnico dovuto a un processo di produzione di calore auto-rinforzante. Una fuga spesso porta a incendi o esplosioni e, di conseguenza, provoca la distruzione dell'attrezzatura per sovrappressione (esplosione).

Cos'è l'instabilità termica nelle batterie?

La fuga termica è un fenomeno dinamico. Una batteria per veicoli elettrici che subisce un'instabilità termica può reagire in diversi modi, ad esempio: B. con un getto di fiamma che esce dalla batteria. In combinazione con la fiamma, la batteria emette particelle che possono erodere l'involucro protettivo. Questi gas in fiamme accumulano pressione all'interno dell'alloggiamento. Pertanto, è importante testare il caso per valutare come il materiale risponderà alla combinazione di alta temperatura, pressione e particelle della batteria espulse.

Se si verifica un cortocircuito locale negli elettrodi interni di una batteria agli ioni di litio con elettrolita liquido, solido o legato (batteria ai polimeri di litio), ad esempio a causa della contaminazione del separatore da parte di una particella estranea racchiusa o di danni meccanici, il cortocircuito -la corrente del circuito può fluire attraverso la resistenza interna può riscaldare le immediate vicinanze dell'area danneggiata a tal punto che anche le aree circostanti ne risentono. Questo processo si espande e rilascia rapidamente l'energia immagazzinata nell'accumulatore. Gli accumulatori al biossido di litio-cobalto sono particolarmente a rischio. Tali fughe termiche sono state ritenute responsabili degli incendi nelle batterie dei laptop che si sono verificati più frequentemente in passato. I trigger erano probabilmente errori di fabbricazione in connessione con le fluttuazioni della temperatura di esercizio.

Come si verifica l'instabilità termica in una batteria agli ioni di litio?

Diversi fattori possono causare instabilità termica in una batteria agli ioni di litio:

• cortocircuito interno: a causa di un incidente o un simile effetto meccanico, ad es. B. se un utensile cade da una grande altezza, la batteria si deforma, il materiale entra nella cella della batteria e provoca un cortocircuito interno.
• Cortocircuito esterno: la deformazione della cella della batteria provoca un cortocircuito esterno.
• Sovraccaricare la batteria oltre la tensione massima specificata nella scheda tecnica, ad es. B. aumentare l'autonomia di un'auto elettrica. A seconda del grado di sovraccarico, la batteria può essere danneggiata in modo permanente e la durata della batteria diminuisce.
• Correnti eccessive durante la carica o la scarica della batteria, ad es. B. durante la ricarica rapida.

Cosa si può fare per la fuga termica?

Raffreddamento

I sistemi di raffreddamento a liquido, le ventole, le piastre termiche e i pad termici devono essere utilizzati per raffreddare la batteria o rimuovere il calore da un hotspot.

Per dissipare efficacemente il calore, si consiglia una lamina termicamente conduttiva. Le lamine di grafite sottili (da 1950 µm a 10 µm) offrono una conduttività termica particolarmente elevata (fino a 500 W/mK).

formazione di barriere

I fogli di mica rigida e i laminati di mica possono essere utilizzati per creare barriere tra le celle delle batterie nelle batterie e negli accumulatori, isolando il sistema dal resto del veicolo. In caso di fuga termica, le barriere possono aiutare a rallentare il processo, dando agli utenti più tempo per mettersi in salvo.

È anche possibile formare una barriera con 3M™ Flame Barrier FRB. 3M™ Flame Barrier FRB lavora bene in parti stampate e ha varie approvazioni.

Una fuga termica non può essere completamente prevenuta o fermata una volta avviato il processo, ma l'implementazione della giusta soluzione di isolamento può aiutare a far guadagnare più tempo agli occupanti, il che può potenzialmente salvare vite umane.

Usa membrane

Anche l'uso di membrane per ridurre la pressione nelle batterie e negli accumulatori si è dimostrato valido.