مواد مقاوم در برابر شعله چیست؟

ماه گذشته از یک مونتاژگر پک در اوهایو با من تماس گرفت. مشتری او می خواست بداند چرا پس از شروع ذخیره سازی سلول های لیتیومی، بیمه انبار آنها 40 درصد افزایش یافت. پذیره نویس به نقل از فرار حرارتی اشاره کرد. مونتاژکننده از من پرسید در مورد ایمنی الکترولیت چه چیزی می تواند به آنها بگوید. همان چیزی را که به همه می گویم به او گفتم. حلال های کربنات موجود در سلول های شما می سوزند. سوال این است که شما در مورد آن چه می کنید.

الکترولیت ممکن است 10 تا 15 درصد وزن یک سلول را تشکیل دهد. اتیلن کربنات، دی متیل کربنات، اتیل متیل کربنات. این ها اسب های کار هستند. نمک های لیتیوم را به خوبی حل می کنند. آنها اجازه می دهند یون ها سریع حرکت کنند. آنها همچنین دارای نقاط اشتعال در محدوده 30-40 درجه هستند. یک سلول کیسه ای سوراخ شده می تواند در کمتر از یک دقیقه به 200 درجه داخلی برسد. ریاضیات پیچیده نیست.

ترکیبات فسفر در الکترولیت های باتری در حدود سال 2003 نشان داده شد. تری متیل فسفات اولین چیزی بود که مردم به طور جدی آزمایش کردند. وقتی گرم می شود، رادیکال های PO را آزاد می کند. آن رادیکال ها هیدروژن را از جلوی شعله می گیرند و واکنش زنجیره ای احتراق را خاموش می کنند. می‌توانید زمان خاموش کردن خود را از 50+ ثانیه در هر گرم به تک رقمی کاهش دهید. مبادله ویسکوزیته است. فسفات ها الکترولیت را غلیظ می کنند. هدایت یونی کاهش می یابد. شما قابلیت نرخ گذاری را از دست می دهید.

برای شرکت‌هایی که سلول‌ها را تأمین می‌کنند، از شما سؤال می‌کنندسازنده بسته باتری لیتیومیدر مورد فرمول الکترولیت باید در حال حاضر تمرین استاندارد باشد. چشم انداز از سال 2020 تغییر کرده است. سازندگان سلول چینی اکنون محصولاتی با ترکیبات استر{2} فسفات ارسال می کنند که دارای همان مشخصات شعله ای هستند که سلول های ژاپنی به قیمت دو برابر پنج سال پیش فروخته می شدند. Zhangjiagang Guotai{4}}هوارونگ الکترولیت را برای چندین تولیدکننده عمده سلول تامین می‌کند. بهبودهای ایمنی به پایین دست منتقل شده است.

ترکیبات فلوئوردار بعداً آمدند. هیدروفلوئورواترها کربنات های فلوئوردار مانند FEC و FEMC. اتم های فلوئور روی ستون فقرات مولکول، انتشار رادیکال ها را متفاوت از فسفر مختل می کنند. نتایج خوب است. هزینه ها نیست. مواد فلوئوردار هنوز 3 تا 5 برابر آنچه برای کربنات‌های استاندارد می‌پردازید، کار می‌کنند. من افرادی را می شناسم که آنها را در 5-10٪ مشخص می کنند تا فقط به آستانه ایمنی برسند بدون اینکه صورتحساب مواد خود را از بین ببرند.

مایعات یونی در حدود سال 2015-2018 فشار زیادی پیدا کردند. فشار بخار نزدیک به صفر تحت هیچ سناریوی سوء استفاده معمولی شعله ور نمی شود. من از آزمایشگاهی در مونستر بازدید کردم که شش سال روی آنها کار کرده بود. محقق سلول هایی را به من نشان داد که از گرمایش خارجی 200 درجه بدون تهویه جان سالم به در بردند. او همچنین به من گفت که 85 یورو به ازای هر کیلوگرم مایع یونی می‌پردازند. قیمت ترکیبات تجاری EC/DMC کمتر از 4 یورو به ازای هر کیلوگرم است. اقتصاد آن را برای خودرو کشت. برخی از برنامه های هوافضا می توانند این هزینه را جذب کنند. اکثرا نمیتونن

الکترولیت های پلیمری ژل رویکرد متفاوتی دارند. شما فاز مایع را در یک ماتریس پلیمری به دام می اندازید. PVDF{2}}HFP رایج است. برخی از گروه ها فسفر را مستقیماً در ستون فقرات پلیمری می سازند. ضد شعله ساختاری می شود. محققان دانشگاه چینگدائو سال گذشته کار خود را روی سیستم های پلی آمیدی با زنجیره های جانبی فسفازین منتشر کردند. زمان خاموش کردن خود- کمتر از 5 ثانیه. استحکام مکانیکی آنقدر بالاست که رشد دندریت را کند کند. چالش تولید است. روکش رول-به{13}}روکش الکترولیت های ژل به اندازه پرکردن مایع بالغ نیست.

هنگام ارزیابی الفتامین کننده باتری لیتیومی سفارشیبرای کاربردهای صنعتی، سؤالات خاصی در مورد ایمنی بپرسید. SET فرمول الکترولیت شما چیست؟ از چه غلظتی از افزودنی ضد شعله استفاده می کنید؟ آیا می توانید داده های کالریمتری مخروطی را ارائه دهید؟ برخی از سازندگان سلول این اطلاعات را به اشتراک خواهند گذاشت. دیگران آن را به عنوان مالکیت تلقی می کنند. برندهای ممتاز معمولاً 12{4}}18 درصد افزودنی مبتنی بر فسفات بر حسب وزن در سلول‌های استاندارد خودروی خود دارند.

صنعت بازدارندگی شعله را به روش های مختلفی آزمایش می کند. زمان خود خاموش کردن سریع است. شما یک نمونه را مشتعل می کنید و مدت زمان سوختن آن را پس از برداشتن منبع احتراق تعیین می کنید. محدود کردن شاخص اکسیژن، حداقل غلظت O2 مورد نیاز برای حفظ احتراق را به شما می گوید. UL 2054 و IEC 62133 ضوابط گذر/شکست را برای سلول های تمام شده تنظیم می کنند. GB 38031-2020 چین به 5 دقیقه زمان هشدار نیاز دارد تا انتشار حرارتی به سلول های مجاور در یک بسته برسد. برآورده شدن این مشخصات اغلب به الکترولیت های بازدارنده شعله نیاز دارد.

فراخوان ها این موضوع را به جلو انداخت. جنرال موتورز از سال 2021 140000 خودروی برقی بولت را پس گرفت. هیوندای کونا الکتریک را فراخواند. فورد تولید لایتنینگ را به تاخیر انداخت. علل ریشه ای متفاوت بود. برخی از آنها ایرادات تولیدی داشتند. برخی مسائل مربوط به طراحی سلول بود. همه آنها باعث شدند بخش های خرید OEM سوالات سخت تری بپرسند. هرشریک OEM باتری لیتیومتلاش برای کسب صلاحیت برای خودرو در حال حاضر بیشتر از سال 2019 در مورد اسناد ایمنی حرارتی مورد بررسی قرار می گیرد.

هزینه های مواد در مقیاس به پول واقعی می رسد. بسته خودرویی 60 کیلووات ساعتی حاوی تقریباً 40{8}}50 کیلوگرم الکترولیت بسته به فرمت سلول و بارگیری است. افزودن 15 درصد بازدارنده شعله با هزینه افزایشی 15 دلار به ازای هر کیلوگرم به معنای 90-110 دلار در هر بسته است. هزینه‌های سطح سلولی برای ارزان‌ترین سلول‌های منشوری LFP در خارج از چین به کمتر از 100 دلار در کیلووات ساعت رسیده است. این بازدارنده شعله حدود 1.5 درصد از هزینه سلول را نشان می دهد. تیم های تدارکاتی در مورد پنی در هر کیلووات ساعت بحث می کنند. این سکه نیست

برای شرکت هایی که با الفارائه دهنده مونتاژ ماژول باتری لیتیوم، مشخصات الکترولیت اغلب در بحث های اولیه نادیده گرفته می شود. مردم بر ظرفیت، عمر چرخه، نرخ C تمرکز می کنند. تاخیر در شعله دیرتر ظاهر می شود، معمولاً زمانی که مشتری نهایی اسناد ایمنی را درخواست می کند. تا آن زمان طراحی سلول قفل شده است. مقاوم سازی یک فرمول الکترولیت متفاوت می تواند امپدانس، ظرفیت و ویژگی های پیری را تغییر دهد. بهتر است از قبل مشخص کنید.

خط لوله تحقیقاتی کارهای جالبی در خود دارد. الکترولیت‌های محلی با غلظت بالا از حلال‌های فسفات رقیق‌شده با اترهای فلوئوردار غیرقابل اشتعال-استفاده می‌کنند. شما با ویسکوزیته و رسانایی کربنات های سنتی، دیر اشتعال فسفات ها را بدست می آورید. Argonne در این مورد منتشر کرده است. چندین گروه دانشگاهی در چین روی تغییرات کار می کنند. در دسترس بودن تجاری احتمالاً 2-3 سال برای کلاس خودرو است.

سلول‌های حالت جامد مشکل اشتعال پذیری را به طور کامل حل می‌کنند. الکترولیت های سرامیکی و سولفیدی نمی سوزند. آنها همچنین در مقیاس تولید خودرو هنوز وجود ندارند. CATL، Samsung SDI، تویوتا، و QuantumScape همگی در اطلاعیه‌های اخیر، جدول زمانی حالت جامد خود را بین 2 تا 4 سال به پایان رسانده‌اند. هرارائه دهنده راه حل های ایمنی باتری لیتیومبه شما خواهد گفت که الکترولیت های مایع بازدارنده شعله حداقل تا سال 2028 برای اکثر کاربردها پاسخ عملی باقی می مانند.

من پانزده سال در نقش های مختلف روی این مشکل کار کردم. تکنولوژی بهبود یافته است. هزینه ها کاهش یافته است. آتش سوزی سلولی هنوز اتفاق می افتد. آنها کمتر از ده سال پیش رخ می دهند و سلول های امروزی انرژی بیشتری نسبت به سلول های آن زمان ذخیره می کنند. صنعت در مسیر درست حرکت کرد. کارهای بیشتری برای انجام دادن وجود دارد.