Background

Ang thermal propagation ng isang module ay nakakaranas ng mga sumusunod na yugto: Ang pag-iipon ng init pagkatapos ng pag-abuso sa thermal ng cell, paglayas ng thermal ng cell at pagkatapos ay ang pag-iipon ng init pagkatapos ng thermal runaway. Ang thermal runaway mula sa isang cell ay hindi maimpluwensyahan; gayunpaman, kapag ang init ay kumalat sa ibang mga cell, ang pagpapalaganap ay magdudulot ng domino effect, na humahantong sa thermal runaway ng buong module, na naglalabas ng napakalaking enerhiya. Larawan 1palabasang resulta ng thermal runaway test. Ang module ay nasusunog dahil sa hindi mapaglabanan na pagpapalaganap.

Magiiba ang heat conductivity sa loob ng isang cell ayon sa iba't ibang direksyon. Ang koepisyent ng kondaktibiti ng init ay magiging mas mataas sa direksyonparallelna may roll core ng isang cell; habang ang direksyon na patayo sa roll core ay may mas mababang conductivity. Samakatuwid, ang thermal spread mula sa magkatabi sa pagitan ng mga cell ay mas mabilis kaysa sa pamamagitan ng mga tab sa mga cell. Samakatuwid ang pagpapalaganap ay makikita bilang isang isang-dimensyon na pagpapalaganap. Dahil ang mga module ng baterya ay idinisenyo para sa mas mataas na density ng enerhiya, lumiliit ang espasyo sa pagitan ng mga cell, na magpapalala ng thermal propagation. Samakatuwid, ang pagsugpo o pagharang sa pagkalat ng init sa modyul ay ituturing na isangepektoisang paraan upang mabawasan ang mga panganib. 

Ang paraan upang sugpuin ang thermal runaway sa isang module

Maaari nating pigilan ang thermal runaway nang aktibo o pasibo.

Aktibong sugpuin

Ang aktibong thermal spread suppression ay kadalasang nakabatay sa thermal management system, tulad ng:

1) Itakda ang mga cooling pipe sa ibaba o sa mga panloob na gilid ng isang module, at punuin ng cooling liquid. Ang pag-agos ng cooling liquid ay maaaring epektibong bawasan ang pagpapalaganap.

2) I-set up ang mga tubo ng fire extinction sa itaas ng isang module. Kapag may thermal runaway, ang mataas na temperatura na gas na inilabas mula sa baterya ay magti-trigger sa mga tubo na mag-spray ng extinguishant upang pigilan ang pagpapalaganap.

Gayunpaman, ang pamamahala ng thermal ay nangangailangan ng mga karagdagang bahagi, humantong sa mas mataas na gastos at mas mababang density ng enerhiya. May posibilidad din na hindi magkabisa ang sistema ng pamamahala.

Passive suppression

Gumagana ang passive suppression sa pamamagitan ng pagharang sa pagpapalaganap sa pamamagitan ng adiabatic na materyal sa pagitan ng thermal runaway cells at normal na mga cell.

Karaniwan ang materyal ay dapat itampok sa:

1. Mababang thermal conductivity. Ito ay para mapababa ang bilis ng pagkalat ng init.
2. Mataas na pagtutol sa temperatura. Ang materyal ay hindi dapat malutas sa ilalim ng mataas na temperatura at mawala ang kakayahan ng thermal resistance.
3. Mababang density. Ito ay para mapababa ang impluwensya ng volume-energy rate at mass-energy rate.

Ang perpektong materyal ay maaaring samantala harangan ang init na kumakalat pati na rin sumipsip ng init.

Pagsusuri sa materyal

• Airgel

Ang Airgel ay pinangalanang "ang pinakamagaan na materyal na pagkakabukod ng init". Ito ay mahusay na ginanap sa pagkakabukod ng init at timbangin ang liwanag. Ito ay malawakang ginagamit sa module ng baterya para sa proteksyon ng thermal propagation. Mayroong maraming mga uri ng aerogel, tulad ng silicon dioxide aerogel, aerogel, glass fiber airgel at pre-oxidized fiber. Ang layer ng pagkakabukod ng init ng Airgel ng iba't ibang mga materyales ay may iba't ibang epekto sa thermal runaway. Ito ay dahil ang iba't ibang thermal conductivity coefficient, na lubos na nauugnay sa micro structure nito. Ipinapakita ng Figure 2 ang hitsura ng SEM ng iba't ibang materyal bago at pagkatapos ng paso.

Ipinakikita ng pananaliksik na kahit na mas mababa ang presyo ng fiber heat insulation, ang pagganap ng pagharang sa pagpapalaganap ng init ay mas malala kaysa sa materyal na airgel. Sa iba't ibang uri ng mga materyales ng airgel, ang pre-oxidized fiber airgel ay gumaganap ng pinakamahusay, dahil pinapanatili nito ang istraktura pagkatapos ng paso. Ang ceramic fiber airgel ay gumaganap din nang maayos sa pagkakabukod ng init.

• Materyal na pagbabago ng yugto

Ang phase change material ay malawak ding ginagamit para sa pagsugpo sa thermal runaway propagation dahil sa pag-iimbak ng init nito. Ang wax ay isang pangkaraniwang PCM, na may matatag na pagbabago sa temperatura ng bahagi. Sa panahon ng thermaltumakas, ang init ay napakalaking inilalabas. Samakatuwid ang PCM ay dapat na mataaspagganapng pagsipsip ng init. Gayunpaman, ang waks ay may mababang heat conductivity, na makakaimpluwensya sa pagsipsip ng init. Upang i-promote ang pagganap nito, sinusubukan ng mga mananaliksik na pagsamahin ang wax sa iba pang mga materyales, tulad ng pagdaragdag ng particle ng metal, paggamit ng metal foam upang i-load ang PCM, magdagdaggrapayt, carbon nano tube o expanded graphite, atbp. Ang pinalawak na graphite ay maaari ding pigilan ang apoy na dulot ng thermal runaway.

Ang hydrophilic polymer ay isa ring uri ng PCM para sa pagpigil sa thermal runway. Ang mga karaniwang hydrophilic polymer na materyales ay: colloidal silicon dioxide, saturated calcium chloride solution,Tetraethyl phosphate, tetraphenyl hydrogen phosphate, sodium polyacrylate, atbp.

•  Hybrid na materyal

Hindi mapipigilan ang thermal runaway kung aasa lang tayo sa aerogel. Upang matagumpayinsulateang init, kailangan nating pagsamahin ang airgel sa PCM.

Bukod sa hybrid na materyal, maaari din tayong bumuo ng multi-layer na materyal na may iba't ibang thermal conductivity coefficient sa iba't ibang direksyon. Maaari kaming gumamit ng mataas na thermal conductivity na materyal upang maisagawa ang init sa labas ng module, at maglagay ng heat insulation material sa pagitan ng mga cell upang higpitan ang thermal propagation.

Konklusyon

Upang makontrol ang pagpapalaganap ng thermal runaway ay isang kumplikadong paksa. Ang ilang mga tagagawa ay gumawa ng ilang mga solusyon upang pigilan ang pagkalat ng init, ngunit naghahanap pa rin sila ng bago, upang mapababa ang gastos at ang impluwensya sa density ng enerhiya. Nakatuon pa rin kami sa pinakabagong pananaliksik. wala po“sobrang materyal” na maaaring ganap na harangan ang thermal runaway. Nangangailangan ito ng maraming mga eksperimento upang makuha ang pinakamahusay na mga solusyon.