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, innesca reazioni chimiche che generano più calore e pressione, causando un ciclo di ritorno positivo. La fuga termica può diffondersi rapidamente da una batteria all'altra, portando a esplosioni catastrofiche e incendi. 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 così 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 include misure a prova di guasto mirate a fermare o diminuire il danno da fuga termica. Una di queste misure è lo spegnimento del separatore. Un vantaggio dell'uso di un separatore polimerico in gel è che agisce anche come fusibile termico. Il separatore si fonderà e la sua struttura si romperà molto prima che la temperatura della batteria raggiunga la soglia per la fuga termica. Questo ferma il trasporto degli ioni di litio, spegnendo efficacemente la cella della batteria. L'unico problema è che il separatore impiega del tempo per collassare, quindi l'arresto del separatore non fermerà 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.
Un esempio di meccanismo di sfiato è il disco di rottura PRO-LP. Questo disco ad azione inversa è progettato per scoppiare accuratamente alle basse pressioni associate agli involucri delle batterie. È segnato intorno alla periferia del disco, quindi se la pressione aumenta fino a un punto critico, il disco si romperà in corrispondenza del segno per offrire uno scarico immediato 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 del runaway della batteria.
Una soluzione alternativa con un profilo ancora più basso è il Flat Composite Disc. La sporgenza è minima e il disco composito che agisce in avanti scoppierà accuratamente a pressioni bassissime senza compromettere l'integrità del design.
Infine, per le applicazioni con batterie più grandi (cioè su scala di rete), dove è necessaria un'area di sfiato aggiuntiva, la nostra gamma MV di sfiati per esplosioni offre uno sfiato a basso profilo con la flessibilità di essere disponibile in dimensioni, forme e pressioni personalizzate per soddisfare le vostre esigenze. Molti di questi sfiatatoi non richiedono alcun telaio, riducendo così il costo complessivo e mitigando i rischi associati alla sovrapressione. Il design dello sfiato supporta ulteriormente una maggiore affidabilità e prestazioni.
Per saperne di più sulle opzioni per proteggere le celle agli ioni di litio e i pacchi batteria, contattate il nostro team di specialisti su info@oseco.com / 001 (918) 258-5626.
