لتیم آئن بیٹریوں کے تھرمل رن وے کو کیسے کنٹرول کیا جائے۔

1. الیکٹرولائٹ کے شعلہ retardant

الیکٹرولائٹ شعلہ retardants بیٹریوں کے تھرمل بھاگنے کے خطرے کو کم کرنے کا ایک بہت مؤثر طریقہ ہے، لیکن یہ شعلہ retardants اکثر لیتھیم آئن بیٹریوں کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی پر سنگین اثر ڈالتے ہیں، اس لیے عملی طور پر استعمال کرنا مشکل ہے۔ اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے، یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، سان ڈیاگو، کی YuQiao ٹیم [1] کیپسول پیکیجنگ کے طریقہ کار سے مائیکرو کیپسول کے اندرونی حصے میں جمع ہونے والے شعلے retardant DbA (dibenzyl amine) کو الیکٹرولائٹ میں بکھرے گی۔ عام اوقات لیتھیم آئن بیٹریوں کی کارکردگی پر اثرانداز نہیں ہوں گے، لیکن جب خلیات خارجی قوت جیسے کہ اخراج سے تباہ ہو جاتے ہیں، تو ان کیپسولوں میں موجود شعلہ ریزیڈنٹ خارج ہو جاتے ہیں، جو بیٹری کو زہر آلود کر دیتے ہیں اور اس کے فیل ہونے کا باعث بنتے ہیں، اس طرح اسے خبردار کیا جاتا ہے۔ تھرمل بھاگنے کے لئے. 2018 میں، YuQiao کی ٹیم [2] نے مندرجہ بالا ٹیکنالوجی کو دوبارہ استعمال کیا، ethylene glycol اور ethylenediamine کو شعلہ retardants کے طور پر استعمال کیا، جنہیں لپیٹ کر لیتھیم آئن بیٹری میں داخل کیا گیا، جس کے نتیجے میں لیتھیم آئن بیٹری کے زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت میں 70 فیصد کمی واقع ہوئی۔ پن پن ٹیسٹ، لتیم آئن بیٹری کے تھرمل کنٹرول کے خطرے کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے۔

اوپر بتائے گئے طریقے خود کو تباہ کرنے والے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ ایک بار شعلہ retardant استعمال کرنے کے بعد، پوری لیتھیم آئن بیٹری تباہ ہو جائے گی۔ تاہم، جاپان میں ٹوکیو یونیورسٹی میں AtsuoYamada کی ٹیم نے [3] ایک شعلہ retardant الیکٹرولائٹ تیار کیا جو لیتھیم آئن بیٹریوں کی کارکردگی کو متاثر نہیں کرے گا۔ اس الیکٹرولائٹ میں، NaN(SO2F)2(NaFSA)یاLiN(SO2F)2(LiFSA) کی اعلی ارتکاز کو لیتھیم نمک کے طور پر استعمال کیا گیا، اور الیکٹرولائٹ میں ایک عام شعلہ retardant trimethyl فاسفیٹ TMP شامل کیا گیا، جس نے تھرمل استحکام کو نمایاں طور پر بہتر کیا۔ لتیم آئن بیٹری کی. مزید یہ کہ شعلہ retardant کے اضافے نے لتیم آئن بیٹری کی سائیکل کارکردگی کو متاثر نہیں کیا۔ الیکٹرولائٹ کو 1000 سے زیادہ سائیکلوں کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے (1200 C/5 سائیکل، 95% صلاحیت برقرار رکھنے)۔

additives کے ذریعے لتیم آئن بیٹریوں کی شعلہ retardant خصوصیات لتیم آئن بیٹریوں کو کنٹرول سے باہر گرمی سے آگاہ کرنے کا ایک طریقہ ہے۔ کچھ لوگ جڑ سے خارجی قوتوں کی وجہ سے لیتھیم آئن بیٹریوں میں شارٹ سرکٹ کی موجودگی سے آگاہ کرنے کے لیے ایک نیا طریقہ بھی تلاش کرتے ہیں، تاکہ نیچے کو ہٹانے کے مقصد کو حاصل کیا جا سکے اور گرمی کے قابو سے باہر ہونے کی صورت کو مکمل طور پر ختم کیا جا سکے۔ استعمال میں پاور لیتھیم آئن بیٹریوں کے ممکنہ پرتشدد اثرات کے پیش نظر، ریاستہائے متحدہ میں اوک رج نیشنل لیبارٹری کے GabrielM.Veith نے قینچ گاڑھا کرنے کی خصوصیات کے ساتھ ایک الیکٹرولائٹ ڈیزائن کیا [4]۔ یہ الیکٹرولائٹ غیر نیوٹنین سیالوں کی خصوصیات کو استعمال کرتا ہے۔ عام حالت میں، الیکٹرولائٹ مائع ہے. تاہم، جب اچانک اثر کا سامنا ہوتا ہے، تو یہ ایک ٹھوس حالت پیش کرے گا، انتہائی مضبوط ہو جائے گا، اور یہاں تک کہ بلٹ پروف کا اثر بھی حاصل کر سکتا ہے۔ جڑ سے، یہ بیٹری میں شارٹ سرکٹ کی وجہ سے تھرمل بھاگنے کے خطرے سے آگاہ کرتا ہے جب پاور لیتھیم آئن بیٹری ٹکراتی ہے۔

2. بیٹری کی ساخت

اگلا، آئیے دیکھتے ہیں کہ بیٹری سیلز کی سطح سے تھرمل رن وے پر بریک کیسے لگائیں۔ فی الحال، لتیم آئن بیٹریوں کے ساختی ڈیزائن میں تھرمل رن وے کے مسئلے پر غور کیا گیا ہے۔ مثال کے طور پر، 18650 بیٹری کے اوپری کور میں عام طور پر پریشر ریلیف والو ہوتا ہے، جو تھرمل بھاگ جانے پر بیٹری کے اندر موجود ضرورت سے زیادہ دباؤ کو بروقت چھوڑ سکتا ہے۔ دوم، بیٹری کور میں مثبت درجہ حرارت کوفیشینٹ میٹریل PTC ہوگا۔ جب تھرمل رن وے درجہ حرارت بڑھتا ہے، تو کرنٹ کو کم کرنے اور گرمی کی پیداوار کو کم کرنے کے لیے PTC مواد کی مزاحمت نمایاں طور پر بڑھ جائے گی۔ اس کے علاوہ، واحد بیٹری کے ڈھانچے کے ڈیزائن میں مثبت اور منفی قطبوں کے درمیان اینٹی شارٹ سرکٹ ڈیزائن پر بھی غور کرنا چاہیے، غلط آپریشن، دھات کی باقیات اور بیٹری شارٹ سرکٹ کے نتیجے میں دیگر عوامل کی وجہ سے الرٹ، حفاظتی حادثات کا باعث بنتے ہیں۔

جب بیٹریوں میں دوسرا ڈیزائن، ڈایافرام کو زیادہ محفوظ استعمال کرنا چاہیے، جیسے کہ اعلی درجہ حرارت پر تھری لیئر کمپوزٹ کا خودکار بند تاکنا ڈایافرام، لیکن حالیہ برسوں میں، بیٹری کی توانائی کی کثافت میں بہتری کے ساتھ، پتلی ڈایافرام کے رجحان کے تحت تھری لیئر کمپوزٹ ڈایافرام بتدریج متروک ہو گیا ہے، اس کی جگہ ڈایافرام کی سیرامک ​​کوٹنگ نے لے لی ہے، ڈایافرام کے سپورٹ مقاصد کے لیے سیرامک ​​کوٹنگ، اعلی درجہ حرارت پر ڈایافرام کے سنکچن کو کم کرنا، لتیم آئن بیٹری کے تھرمل استحکام کو بہتر بنانا اور اس کے خطرے کو کم کرنا۔ لتیم آئن بیٹری کا تھرمل بھاگنا۔

3. بیٹری پیک تھرمل سیفٹی ڈیزائن

استعمال میں، لتیم آئن بیٹریاں اکثر سیریز اور متوازی کنکشن کے ذریعے درجنوں، سینکڑوں یا اس سے بھی ہزاروں بیٹریوں پر مشتمل ہوتی ہیں۔ مثال کے طور پر، Tesla ModelS کا بیٹری پیک 7,000 18650 سے زیادہ بیٹریوں پر مشتمل ہے۔ اگر بیٹریوں میں سے ایک تھرمل کنٹرول کھو دیتی ہے، تو یہ بیٹری پیک میں پھیل سکتی ہے اور سنگین نتائج کا سبب بن سکتی ہے۔ مثال کے طور پر، جنوری 2013 میں، ایک جاپانی کمپنی کے بوئنگ 787 لیتھیم آئن بیٹری میں امریکہ کے شہر بوسٹن میں آگ لگ گئی۔ نیشنل ٹرانسپورٹیشن سیفٹی بورڈ کی تحقیقات کے مطابق، بیٹری پیک میں 75Ah مربع لیتھیم آئن بیٹری ملحقہ بیٹریوں کے تھرمل بھاگنے کا سبب بنی۔ اس واقعے کے بعد، بوئنگ نے مطالبہ کیا کہ تمام بیٹری پیک نئے اقدامات سے لیس ہوں تاکہ بے قابو تھرمل پھیلاؤ کو روکا جا سکے۔

لتیم آئن بیٹریوں کے اندر تھرمل رن وے کو پھیلنے سے روکنے کے لیے، AllcellTechnology نے لتیم آئن بیٹریوں کے لیے تھرمل رن وے آئسولیشن میٹریل PCC تیار کیا جو فیز چینج میٹریلز پر مبنی ہے [5]۔ مونومر لتیم آئن بیٹری کے درمیان بھرا ہوا پی سی سی مواد، لتیم آئن بیٹری پیک کے عام کام کی صورت میں، گرمی میں بیٹری پیک کو پی سی سی مواد کے ذریعے تیزی سے بیٹری پیک کے باہر تک پہنچایا جا سکتا ہے، جب لتیم آئن میں تھرمل بھاگ جاتا ہے۔ بیٹریاں، اس کے اندرونی پیرافین موم پگھلنے کی طرف سے پی سی سی مواد بہت گرمی جذب کرتا ہے، بیٹری کے درجہ حرارت کو مزید بڑھنے سے روکتا ہے، اس طرح بیٹری پیک کے اندرونی پھیلاؤ میں کنٹرول سے باہر گرمی کے لیے الرٹ۔ پن پرک ٹیسٹ میں، پی سی سی مواد کے استعمال کے بغیر 18650 بیٹری پیک کے 4 اور 10 تاروں پر مشتمل بیٹری پیک میں ایک بیٹری کا تھرمل رن وے بالآخر بیٹری پیک میں 20 بیٹریوں کے تھرمل رن وے کا سبب بنا، جبکہ ایک بیٹری کا تھرمل رن وے۔ پی سی سی مواد سے بنے بیٹری پیک میں بیٹری دوسرے بیٹری پیک کے تھرمل بھاگنے کا سبب نہیں بنی۔