आजकल, विभिन्न कार कंपनियां बिजली उत्पादन में लिथियम बैटरियों का बड़े पैमाने पर उपयोग कर रही हैं, और ऊर्जा घनत्व लगातार बढ़ रहा है, लेकिन लोगों के मन में अभी भी बिजली उत्पादन में इस्तेमाल होने वाली बैटरियों की सुरक्षा को लेकर सवाल उठ रहे हैं, और यह सुरक्षा के लिए कोई अच्छा समाधान नहीं है। थर्मल रनवे बिजली उत्पादन में इस्तेमाल होने वाली बैटरियों की सुरक्षा से संबंधित मुख्य शोध विषय है, और इस पर ध्यान देना आवश्यक है।
सबसे पहले, आइए समझते हैं कि थर्मल रनवे क्या है। थर्मल रनवे एक श्रृंखला प्रतिक्रिया है जो कई कारणों से शुरू होती है, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी से थोड़े समय में ही अत्यधिक गर्मी और हानिकारक गैसें निकलती हैं, जो गंभीर मामलों में बैटरी में आग लगने और विस्फोट का कारण भी बन सकती हैं। थर्मल रनवे होने के कई कारण हैं, जैसे कि अत्यधिक गर्मी, ओवरचार्जिंग, आंतरिक शॉर्ट सर्किट, टक्कर आदि। बैटरी थर्मल रनवे अक्सर बैटरी सेल में नेगेटिव SEI फिल्म के विघटन से शुरू होता है, जिसके बाद डायफ्राम का विघटन और पिघलना होता है, जिससे नेगेटिव इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट प्रभावित होते हैं, फिर पॉजिटिव इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट दोनों का विघटन होता है, जिससे बड़े पैमाने पर आंतरिक शॉर्ट सर्किट होता है, जिससे इलेक्ट्रोलाइट जलने लगता है, जो फिर अन्य सेलों में फैल जाता है, जिससे गंभीर थर्मल रनवे होता है और पूरी बैटरी पैक में स्वतः दहन हो सकता है।
ऊष्मीय अपवाह के कारणों को आंतरिक और बाह्य कारणों में विभाजित किया जा सकता है। आंतरिक कारण अक्सर आंतरिक शॉर्ट सर्किट के कारण होते हैं; बाह्य कारण यांत्रिक दुरुपयोग, विद्युत दुरुपयोग, ऊष्मीय दुरुपयोग आदि के कारण होते हैं।
आंतरिक शॉर्ट सर्किट, जो बैटरी के धनात्मक और ऋणात्मक टर्मिनलों के बीच सीधा संपर्क होता है, संपर्क की तीव्रता और उसके परिणामस्वरूप होने वाली प्रतिक्रिया में काफी भिन्नता पाई जाती है। आमतौर पर यांत्रिक और ऊष्मीय दुरुपयोग के कारण होने वाला गंभीर आंतरिक शॉर्ट सर्किट सीधे ऊष्मीय अपवाह को जन्म देता है। इसके विपरीत, स्वतः विकसित होने वाले आंतरिक शॉर्ट सर्किट अपेक्षाकृत मामूली होते हैं और उनसे उत्पन्न ऊष्मा इतनी कम होती है कि वे तुरंत ऊष्मीय अपवाह को जन्म नहीं देते। आंतरिक स्वतः विकास में आमतौर पर विनिर्माण दोष, बैटरी के पुराने होने के कारण विभिन्न गुणों में गिरावट, जैसे कि आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि, लंबे समय तक हल्के दुरुपयोग के कारण लिथियम धातु का जमाव आदि शामिल होते हैं। समय बीतने के साथ, ऐसे आंतरिक कारणों से आंतरिक शॉर्ट सर्किट का खतरा धीरे-धीरे बढ़ता जाता है।
यांत्रिक क्षति से तात्पर्य बाहरी बल के प्रभाव से लिथियम बैटरी के मोनोमर और बैटरी पैक के विरूपण और उसके विभिन्न भागों के सापेक्ष विस्थापन से है। विद्युत सेल को होने वाले मुख्य नुकसानों में टक्कर, दबाव और छिद्रण शामिल हैं। उदाहरण के लिए, तेज गति से चल रहे वाहन द्वारा किसी बाहरी वस्तु के टकराने से बैटरी का आंतरिक डायफ्राम टूट जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी के भीतर शॉर्ट सर्किट हो जाता है और थोड़े ही समय में स्वतः दहन हो जाता है।
लिथियम बैटरियों के विद्युत दुरुपयोग में आमतौर पर बाहरी शॉर्ट सर्किट, ओवरचार्ज, ओवर डिस्चार्ज जैसे कई रूप शामिल होते हैं, जो ओवरचार्ज के कारण थर्मल रनवे का कारण बन सकते हैं। बाहरी शॉर्ट सर्किट तब होता है जब अलग-अलग दबाव वाले दो कंडक्टर सेल के बाहर जुड़ जाते हैं। बैटरी पैक में बाहरी शॉर्ट सर्किट वाहन दुर्घटनाओं, पानी में डूबने, कंडक्टर के दूषित होने या रखरखाव के दौरान बिजली के झटके से होने वाले विरूपण के कारण हो सकते हैं। आमतौर पर, पंचर के विपरीत, बाहरी शॉर्ट सर्किट से निकलने वाली गर्मी बैटरी को गर्म नहीं करती है। बाहरी शॉर्ट सर्किट और थर्मल रनवे के बीच महत्वपूर्ण संबंध तापमान का अत्यधिक गर्म होने के बिंदु तक पहुंचना है। जब बाहरी शॉर्ट सर्किट से उत्पन्न गर्मी ठीक से बाहर नहीं निकल पाती है, तो बैटरी का तापमान बढ़ जाता है और उच्च तापमान थर्मल रनवे को ट्रिगर करता है। इसलिए, शॉर्ट सर्किट करंट को काटना या अतिरिक्त गर्मी को बाहर निकालना बाहरी शॉर्ट सर्किट से होने वाले नुकसान को रोकने के तरीके हैं। अत्यधिक चार्ज होना, अपनी अत्यधिक ऊर्जा के कारण, विद्युत दुरुपयोग के सबसे बड़े खतरों में से एक है। ओवरचार्जिंग प्रक्रिया में गर्मी और गैस का उत्पादन दो सामान्य विशेषताएं हैं। गर्मी का उत्पादन ओमिक हीट और साइड रिएक्शन से होता है। सबसे पहले, अत्यधिक लिथियम जमाव के कारण एनोड की सतह पर लिथियम डेंड्राइट्स विकसित होते हैं।
ऊष्मीय अपवाह से सुरक्षा के उपाय:
कोर के थर्मल रनवे को रोकने के लिए स्व-उत्पन्न ऊष्मा चरण में हमारे पास दो विकल्प हैं: पहला, कोर की सामग्री में सुधार और उन्नयन करना। थर्मल रनवे का मूल कारण धनात्मक और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट की स्थिरता में निहित है। भविष्य में, हमें कैथोड सामग्री कोटिंग, संशोधन, समरूप इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड की अनुकूलता और कोर की थर्मल चालकता में सुधार के क्षेत्र में भी उच्चतर सफलताएँ प्राप्त करने की आवश्यकता है। या फिर ज्वाला मंदक प्रभाव डालने के लिए उच्च सुरक्षा वाले इलेक्ट्रोलाइट का चयन करना होगा। दूसरा, कुशल थर्मल प्रबंधन समाधान अपनाना आवश्यक है।पीटीसी कूलेंट हीटर/ पीटीसी एयर हीटरलिथियम-आयन बैटरी के तापमान में वृद्धि को दबाने के लिए बाहर से हवा का उपयोग किया जाता है, ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि सेल की एसईआई फिल्म विघटन तापमान तक न पहुंचे, और स्वाभाविक रूप से, थर्मल रनवे की घटना न हो।
पोस्ट करने का समय: 17 मार्च 2023
