نمای کلی

با وقوع حوادث بیشتر ناشی از باتری لیتیوم یون، مردم بیشتر نگران فرار حرارتی باتری هستند، زیرا فرار حرارتی که در یک سلول رخ می دهد ممکن است گرما را به سلول های دیگر منتقل کند و منجر به خاموش شدن کل سیستم باتری شود.

به طور سنتی، ما در طول آزمایش‌ها با گرم کردن، سنجاق کردن یا شارژ بیش از حد، فرار حرارتی را آغاز می‌کنیم. با این حال، این روش‌ها نه می‌توانند فرار حرارتی را در یک سلول مشخص کنترل کنند و نه می‌توانند به راحتی در طول آزمایش سیستم‌های باتری اجرا شوند. اخیراً مردم در حال توسعه روش جدیدی برای تحریک فرار حرارتی هستند. تست انتشار در IEC 62619: 2022 جدید یک نمونه است و تخمین زده می شود که این روش در آینده کاربرد گسترده ای داشته باشد. این مقاله برای معرفی چند روش جدید در دست تحقیق است.

تابش لیزر:

تابش لیزر برای گرم کردن یک منطقه کوچک با پالس لیزر پر انرژی است. گرما به داخل ماده هدایت می شود. تابش لیزر به طور گسترده ای در زمینه های پردازش مواد مانند جوشکاری، اتصال و برش استفاده می شود. معمولاً انواع لیزر به شرح زیر وجود دارد:

• CO₂لیزر: لیزر گاز مولکولی دی اکسید کربن
• لیزر نیمه هادی: لیزر دیود ساخته شده از GaAs یا CdS
• لیزر YAG: لیزر سدیم ساخته شده از گارنت آلومینیوم ایتریوم
• فیبر نوری: لیزر ساخته شده از فیبر شیشه ای با عنصر خاکی کمیاب

برخی از محققان از لیزر 40 وات، طول موج 1000 نانومتر و قطر 1 میلی متر برای آزمایش بر روی سلول های مختلف استفاده می کنند.

با داشتن سی تی اسکن روی سلولی که تحریک نشده است، می توان دریافت که هیچ تاثیر ساختاری به جز سوراخ روی سطح وجود ندارد. یعنی لیزر جهت دار و پرقدرت است و ناحیه گرمایش دقیق است. بنابراین لیزر روش خوبی برای آزمایش است. ما می توانیم متغیر را کنترل کنیم و انرژی ورودی و خروجی را به طور دقیق محاسبه کنیم. در همین حال، لیزر دارای مزایای گرمایش و پین کردن، مانند گرمایش سریع، و قابل کنترل تر است. لیزر مزایای بیشتری دارد مانند:

• می تواند باعث فرار حرارتی شود و سلول های همسایه را گرم نمی کند. این برای عملکرد تماس حرارتی خوب است

• می تواند کمبود داخلی را تحریک کند

• می تواند انرژی و گرمای کمتری را در زمان کوتاه تری وارد کند تا باعث فرار حرارتی شود، که باعث می شود آزمایش به خوبی تحت کنترل باشد.

واکنش ترمیت:

واکنش ترمیت این است که آلومینیوم را در دمای بالا با اکسید فلزی واکنش دهد و آلومینیوم به اکسید آلومینیوم منتقل شود. از آنجایی که آنتالپی تشکیل اکسید آلومینیوم بسیار کم است (-1645kJ/mol)، بنابراین گرمای زیادی تولید می کند. مواد ترمیت کاملاً در دسترس هستند و فرمول های مختلف می توانند مقدار متفاوتی گرما تولید کنند. بنابراین محققان آزمایش را با کیسه 10 آمپر ساعتی با ترمیت آغاز کردند.

ترمیت به راحتی می تواند باعث فرار حرارتی شود، اما کنترل ورودی حرارتی آسان نیست. محققان به دنبال طراحی یک راکتور حرارتی هستند که مهر و موم شده و قادر به تمرکز گرما باشد.

لامپ کوارتز پرقدرت:

تئوری: یک لامپ کوارتز پرقدرت را زیر یک سلول قرار دهید و سلول و لامپ را با یک صفحه جدا کنید. صفحه باید با سوراخ سوراخ شود تا هدایت انرژی تضمین شود.

آزمایش نشان می‌دهد که برای راه‌اندازی فرار حرارتی به قدرت بسیار بالا و زمان طولانی نیاز دارد و محدوده حرارتی به طور یکنواخت نیست. دلیل ممکن است این باشد که نور کوارتز نور جهت دار نیست و اتلاف حرارت زیاد باعث می شود که به سختی باعث فرار حرارتی دقیق شود. در ضمن انرژی ورودی دقیق نیست. تست فرار حرارتی ایده‌آل، کنترل انرژی آغازگر و مقدار ورودی مازاد پایین‌تر، برای کاهش تأثیر بر نتیجه آزمایش است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که لامپ کوارتز در حال حاضر کاربردی نیست.

نتیجه گیری:

در مقایسه با روش سنتی راه اندازی فرار حرارتی سلول (مانند گرمایش، شارژ بیش از حد و نفوذ)، انتشار لیزر روش موثرتری است، با ناحیه گرمایش کوچکتر، انرژی ورودی کمتر و زمان ماشه کمتر. این به ورودی انرژی موثر بالا در منطقه محدود کمک می کند. این روش توسط IEC معرفی شده است. می توان انتظار داشت که بسیاری از کشورها این روش را در نظر بگیرند. با این حال نیاز به دستگاه های لیزری را بالا می برد. این نیاز به منبع لیزر مناسب و دستگاه های ضد تشعشع دارد. در حال حاضر موارد کافی برای تست فرار حرارتی وجود ندارد، این روش هنوز به تایید نیاز دارد.