La fuga termica è una reazione incontrollata che può verificarsi nelle batterie agli ioni di litio. Oltre un certo livello, la temperatura della batteria aumenta in modo incontrollato.
Il processo di fuga termica può essere innescato dall'alta temperatura, e c'è una temperatura di inizio della fuga termica oltre la quale la temperatura della batteria aumenterà in modo incontrollato.
La fuga termica è una reazione incontrollata che può verificarsi nelle batterie agli ioni di litio. Un danno alla batteria o un cortocircuito possono causare l'accumulo di calore e pressione nella batteria. Se questo raggiunge un certo livello, si innescano reazioni chimiche che generano altro calore e pressione, causando un ciclo di ritorno positivo. La fuga termica può diffondersi rapidamente da una batteria all'altra, portando a esplosioni e incendi catastrofici. I sottoprodotti della fuga termica possono includere grandi quantità di idrogeno infiammabile e altri gas fluoroorganici tossici.
I potenziali fattori scatenanti della fuga termica includono il sovraccarico della batteria, il surriscaldamento della batteria o l'esposizione ad alte temperature, un tasso di scaricamento troppo elevato, un corto circuito o un danno come una foratura.
Ognuno di questi fattori può destabilizzare i materiali ad alta energia e i componenti organici della batteria, facendoli generare il proprio calore. Se questo calore non viene dissipato abbastanza velocemente, la temperatura della batteria continuerà ad aumentare, accelerando il processo di rilascio del calore.
La fuga termica influisce sui livelli di tensione, temperatura e pressione della batteria. Appena prima della fuga termica, la tensione della batteria scende a causa della delaminazione degli elettrodi. Le reazioni chimiche esotermiche causano l'aumento della temperatura, mentre la generazione di gas dalle reazioni chimiche, unita all'evaporazione dell'elettrolito, fa aumentare la pressione interna della batteria.
Per gestire correttamente un thermal runaway, è essenziale disporre di alcune misure di sicurezza. Queste mirano a prevenire la fuga termica in primo luogo, e poi a mitigare l'impatto negativo e ad alleviare le preoccupazioni di sicurezza associate a questo tipo di evento.
Alcune delle misure di sicurezza preventive includono una scatola della batteria robusta, un sistema di raffreddamento efficiente, un design protettivo e caratteristiche di controllo. Gli additivi ignifughi possono essere usati sia nell'elettrolita che nel separatore per migliorare la stabilità termica della batteria ed evitare che si incendi in primo luogo.
Se le misure di sicurezza preventive dovessero fallire, la seconda linea di difesa comprende misure di sicurezza che mirano ad arrestare o ridurre i danni da fuga termica. Una di queste misure è l'arresto del separatore. Il vantaggio di utilizzare un separatore in gel polimerico è che agisce anche come fusibile termico. Il separatore si scioglie e la sua struttura si rompe molto prima che la temperatura della batteria raggiunga la soglia del runaway termico. Questo arresta il trasporto degli ioni di litio, spegnendo di fatto la cella della batteria. L'unico problema è che il separatore impiega del tempo per collassare, per cui l'arresto del separatore non arresta completamente tutte le reazioni chimiche e la temperatura può continuare a salire e la fuga termica può continuare.
A questo punto, i gas infiammabili si accumulano all'interno della batteria, aumentando ulteriormente la pressione e la temperatura. La fuga termica non può più essere fermata, e quindi entrano in gioco le misure di sicurezza per limitare l'impatto. Un meccanismo di sfiato rilascerà questi gas in modo controllato piuttosto che in un'esplosione incontrollata. Rilascerà anche il calore e la pressione dalla batteria per ridurre il rischio di un corto circuito o di una rottura della batteria.
OE offre una serie di soluzioni per la sicurezza delle batterie agli ioni di litio nella sua gamma di prodottiOE Lion. Un esempio di meccanismo di sfiato di questa gamma è il disco di rottura PRO-LP. Questo disco ad azione inversa è progettato per scoppiare con precisione alle basse pressioni associate alle batterie. Il disco è dotato di un'incisione lungo la sua circonferenza, per cui se la pressione aumenta fino a un punto critico, il disco si rompe in corrispondenza dell'incisione per offrire un'immediata riduzione della pressione. Inoltre, il design a basso profilo e ad alta integrità del PRO-LP soddisfa le specifiche sulla sporgenza e offre un'apertura immediata e completa per uno sfiato rapido (circa 4 millisecondi) per ridurre il rischio di propagazione della fuga della batteria agli ioni di litio.
Una soluzione alternativa con un profilo ancora più basso è il disco composito piatto. La sporgenza è minima e il disco in composito ad azione avanzata scoppia con precisione a pressioni bassissime senza compromettere l'integrità del progetto.
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