Tänapäeval kasutavad mitmed autotootjad liitiumakusid suures mahus akude tootmisel ja energiatihedus muutub aina suuremaks, kuid inimesi värvib endiselt akude ohutus ja see ei ole akude ohutuse seisukohast hea lahendus. Termiline läbipõlemine on akude ohutuse peamine uurimisobjekt ja sellele tasub keskenduda.
Kõigepealt selgitame välja, mis on termiline läbimurre. Termiline läbimurre on ahelreaktsioon, mille käivitavad mitmesugused päästikud, mille tulemusel eraldub akust lühikese aja jooksul suures koguses soojust ja kahjulikke gaase, mis võib tõsistel juhtudel isegi aku süttida ja plahvatada. Termilisel läbimurrel on palju põhjuseid, näiteks ülekuumenemine, ülelaadimine, sisemine lühis, kokkupõrge jne. Aku termiline läbimurre algab sageli akuelemendi negatiivse SEI-kile lagunemisest, millele järgneb diafragma lagunemine ja sulamine, mille tulemuseks on negatiivne elektrood ja elektrolüüt, millele järgneb nii positiivse elektroodi kui ka elektrolüüdi lagunemine, mis vallandab ulatusliku sisemise lühise, põhjustades elektrolüüdi põlemise, mis seejärel levib teistesse elementidesse, põhjustades tõsise termilise läbimurde ja võimaldades kogu akupaki iseeneslikku süttimist.
Termilise läbimurde põhjused võib jagada sisemisteks ja välisteks. Sisemised põhjused on sageli tingitud sisemistest lühistest; välised põhjused on tingitud mehaanilisest väärkasutusest, elektrilisest väärkasutusest, termilisest väärkasutusest jne.
Sisemine lühis, mis on aku positiivse ja negatiivse klemmi otsene kokkupuude, varieerub oluliselt kokkupuute ulatuse ja järgneva reaktsiooni poolest. Tavaliselt käivitab mehaanilise ja termilise koormuse tagajärjel tekkinud ulatuslik sisemine lühis otse termilise läbimurde. Seevastu iseenesest tekkivad sisemised lühised on suhteliselt väikesed ja nende tekitatud soojus on nii väike, et see ei käivita kohe termilist läbimurret. Sisemine isetekkimine hõlmab tavaliselt tootmisdefekte, aku vananemisest tingitud erinevate omaduste halvenemist, näiteks suurenenud sisemist takistust, liitiummetalli ladestumist pikaajalise kerge väärkasutuse tagajärjel jne. Aja möödudes suureneb selliste sisemiste põhjuste põhjustatud sisemise lühise oht järk-järgult.
Mehaaniline kahjustus viitab liitiumaku monomeeri ja akupaki deformatsioonile välise jõu mõjul ning aku erinevate osade omavahelisele nihkele. Elektrielemendi peamised kahjustused on kokkupõrge, väljapressimine ja läbitorkamine. Näiteks võõrkeha, millega sõiduk suurel kiirusel kokku puutus, põhjustas otseselt aku sisemise membraani kokkuvarisemise, mis omakorda põhjustas akus lühise ja vallandas lühikese aja jooksul iseenesliku süttimise.
Liitiumakude elektriline väärkasutus hõlmab üldiselt välist lühist, ülelaadimist ja ületühjenemist, mis tõenäoliselt areneb termiliseks läbimurdeks ja ülelaadimiseks. Väline lühis tekib siis, kui kaks diferentsiaalrõhuga juhti on ühendatud väljaspool elementi. Akupakkide välised lühised võivad tekkida deformatsioonist, mis on põhjustatud sõidukite kokkupõrgetest, vette kastmisest, juhi saastumisest või elektrilöögist hoolduse ajal. Tavaliselt ei soojenda välise lühise tekitatud soojus akut, vaid pigem purunenud aku. Oluline seos välise lühise ja termilise läbimurde vahel on temperatuuri jõudmine ülekuumenemise punktini. Just siis, kui välise lühise tekitatud soojust ei saa hästi hajutada, tõuseb aku temperatuur ja kõrge temperatuur käivitab termilise läbimurde. Seetõttu on lühisvoolu katkestamine või liigse soojuse hajutamine viisid, kuidas takistada välise lühise edasist kahju. Ülelaadimine on oma suure energiahulga tõttu üks suurimaid elektrilise väärkasutuse ohte. Soojuse ja gaasi teke on ülelaadimisprotsessi kaks levinud tunnust. Soojuse teke tuleneb oomilisest soojusest ja kõrvalreaktsioonidest. Esiteks kasvavad liitiumdendriidid anoodi pinnale liitiumi liigse manustamise tõttu.
Termilise läbimurde kaitsemeetmed:
Südamiku termilise läbimurde pärssimiseks on meil kaks võimalust: südamiku materjali täiustamine ja uuendamine. Termilise läbimurde olemus seisneb peamiselt positiivsete ja negatiivsete elektroodide materjalide ning elektrolüüdi stabiilsuses. Tulevikus peame tegema ka suuremaid läbimurdeid katoodimaterjalide katmisel, modifitseerimisel, homogeense elektrolüüdi ja elektroodi ühilduvusel ning südamiku soojusjuhtivuse parandamisel. Või valima leegiaeglustava efekti saavutamiseks kõrge ohutusega elektrolüüdi. Teiseks on vaja vastu võtta tõhusad soojushalduse lahendused (PTC jahutusvedeliku kütteseade/ PTC õhukütteseade) väljastpoolt, et pärssida liitiumioonaku temperatuuri tõusu, tagades, et elemendi SEI-kile ei tõuseks lahustumistemperatuurini ja loomulikult ei tekiks termilist läbimurret.
Postituse aeg: 17. märts 2023
