端科技您的位置:首页 >科技 >

革命性的方法揭示了短路对电池安全的影响

现在可以使用由UCL领导的团队开发的新方法来检查锂离子(锂离子)电池在短路条件下的表现,以帮助提高可靠性和安全性。

革命性的方法揭示了短路对电池安全的影响

高能量密度锂离子电池的使用无处不在 - 从为便携式电子设备供电到提供电网规模存储 - 但缺陷可能导致过热和爆炸。

虽然灾难性故障非常罕见,但近期备受瞩目的案件,包括召回三星的Galaxy Note 7智能手机系列以及飞机机队的接地,都凸显了为什么了解电池故障非常重要。

“在以前的工作中,我们已经跟踪了由3D和实时极端高温引起的锂离子电池故障,但这是我们第一次跟踪电池短路时电池的温度和结构发生了什么变化在我们选择的内部位置以受控制的方式,发起一系列潜在的危险事件,“第一作者,Donal Finegan博士(伦敦大学学院,美国宇航局和NREL)解释说。

“这是特别令人感兴趣的,因为短路被认为是导致许多高调的,现实世界的失败的原因。了解电池何时何地失效使我们能够描述在灾难性故障深入使用期间发生的事情。高速X射线成像。这为我们提供了新的见解,帮助指导设计和开发更安全,更可靠的锂离子电池。“

今天发表于能源与环境科学的研究涉及来自伦敦大学学院,美国宇航局 - 约翰逊航天中心(美国),美国能源部国家可再生能源实验室(美国NREL),华威威尔士大学,钻石光源(英国)的研究人员,欧洲同步加速器(ESRF,法国)和国家物理实验室(NPL,UK)。

为了引发故障,该团队插入了一种能够按需生成内部短路并在预定位置生成市售锂离子电池的设备,该电池通常用于为便携式电子设备和电动车辆供电。

由美国研究人员Eric Darcy博士(NASA)和Matthew Keyser(NREL)设计并获得专利,温度激活装置使研究人员能够模拟电池制造过程中可能发生的隐藏缺陷,从而导致发热和电池发生危险的连锁反应失败。

该团队使用该设备通过使细胞壁破裂或细胞爆裂来深入了解细胞设计漏洞。利用高速X射线成像技术,研究人员实时监测细胞结构发生了什么,因为短路驱动了通过细胞和模块传播的灾难性失败过程。

在代表最坏情况电池故障情况的条件下测试单个电池以及小电池模块。在约60摄氏度的电池内部启动短路。在故障过程中,电池温度达到超过1085摄氏度。

通过逐帧分析高速成像,该团队研究了两个不同的商用锂离子电池内部气层形成,排气和升高温度的影响,并确定了一致的失效机理。

通讯作者Paul Shearing博士(UCL)解释说:“看到热失控过程在整个细胞中传播的速度有多快,从完全完好无损到在一秒钟内完全被破坏,真是令人着迷。

“这项研究首次描述了短路故障如何在电池内实时传播,这只能通过将NASA和NREL开发的新型短路设备与超高速X射线成像结合起来实现。他们惊讶地发现相邻电池对热失控的传播是多么敏感。这证明了在较大的电池组和模块中隔离故障电池的重要性,这些电池可能存在于从太空服到电动汽车的各种应用中。

该团队现在计划研究如何利用这些新见解来提高商用电池和模块设计的安全性。例如,研究人员将研究如何预防最高能量密度商业细胞的破裂以及如何降低细胞间传播的风险。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如有侵权行为,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。