'การหนีความร้อน' สามารถควบคุมได้อย่างไร (1)

อย่างไร สามารถ ' การหนีความร้อน ' ได้ ควบคุม ?

เมื่อเร็วๆ นี้ อุบัติเหตุจากการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองของรถยนต์พลังงานใหม่เกิดขึ้นบ่อยครั้ง และแบตเตอรี่ลิเธียมก็กลายเป็นหัวข้อข่าวสำหรับ 'การหนีความร้อน' บ่อยครั้ง ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าในปี 2021 จำนวนรถยนต์พลังงานใหม่ในประเทศจีนสูงถึง 7.84 ล้านคัน และเกิดอุบัติเหตุไฟไหม้ 3,000 ครั้งทั่วประเทศ

สำหรับยานยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ ความกังวลเกี่ยวกับระยะทางของผู้ใช้และการระเบิดที่เกิดจากแบตเตอรี่ 'การหนีความร้อน' ถือเป็นประเด็นสำคัญในอุตสาหกรรมมาโดยตลอด ประสิทธิภาพของระบบการจัดการความร้อนและประสิทธิภาพของการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ยังส่งผลโดยตรงต่อระยะการชาร์จและความปลอดภัยของแบตเตอรี่อีกด้วย

เมื่อคำนวณตามจำนวนการเป็นเจ้าของยานยนต์ของประเทศและอุบัติเหตุจากการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง อุบัติเหตุจากการเผาไหม้ของรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงอยู่ที่ประมาณ 2-4 ต่อปีจำนวน 10,000 คัน ในขณะที่รถยนต์พลังงานใหม่อยู่ที่ประมาณ 0.9-1.2 อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของหลักการและผลของเพลิงไหม้ระหว่างทั้งสอง 'อันตราย' ของยานพาหนะพลังงานใหม่นั้นยิ่งสูงขึ้นไปอีก ยานพาหนะไฟฟ้าบริสุทธิ์ที่ติดตั้งแบตเตอรี่ลิเธียมจะปล่อยความร้อนหลังจากระบายความร้อน ทำให้เกิดการลัดวงจรที่ทำให้เกิดเพลิงไหม้ในช่วงเวลาสั้นๆ และไฟภายในแบตเตอรี่จะกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ ส่งผลให้ผู้คนในรถต้องหลบหนีอย่างเร่งรีบ นอกจากนี้ไฟไหม้แบตเตอรี่ลิเธียมยังเป็นอันตรายอีกด้วย ในด้านหนึ่ง อุณหภูมิของไฟสูง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้น้ำปริมาณมากเพื่อทำให้เย็นลงแม้ไฟจะดับแล้วก็ตาม ในทางกลับกัน แบตเตอรี่ลิเธียมมีอันตรายจากการติดไฟอีกครั้งหลังจากถูกทำลาย

กลไกการระบายความร้อนด้วยแบตเตอรี่ลิเธียม

ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในการระบายความร้อนของแบตเตอรี่ Li-ion เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและต่อเนื่อง ซึ่งไม่สามารถทำได้ในชั่วข้ามคืน แต่จะดำเนินการเป็นขั้นตอนตลอดกระบวนการทั้งหมด

สาเหตุของอันตรายจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคือปฏิกิริยาคายความร้อนภายในแบตเตอรี่จะหมดไป ซึ่งโดยทั่วไปมีสาเหตุมาจาก:

(1) การชาร์จไฟเกิน : ลักษณะการทำงานที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด ตัวอย่างเช่น เมื่อแบตเตอรี่ Li-ion มีประจุมากเกินไป วัสดุอิเล็กโทรดบวกจะยังคงเกิดปฏิกิริยาลิเธียมดีอินเตอร์คาเลชัน ส่งผลให้อิเล็กโทรไลต์ถูกออกซิไดซ์และสลายตัวเพื่อปล่อยความร้อนจำนวนมาก จากนั้นความเสี่ยงของการหนีความร้อนจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

(2) การเจาะ : แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะผลิตลิเธียมเดนไดรต์บนพื้นผิวของขั้วลบในระหว่างการปั่นจักรยานในระยะยาว ซึ่งบางส่วนจะหลุดออกไปเป็น 'ลิเธียมที่ตายแล้ว' และอีกอันจะเติบโตและเจาะตัวแยกต่อไป ส่งผลให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรของแบตเตอรี่

(3) อุณหภูมิสูง : ตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์เป็นตัวทำละลายอินทรีย์คาร์บอเนตและคาร์บอกซิเลทที่ติดไฟได้ทั้งหมด ซึ่งจะสลายตัวออกซิเดชั่นและปล่อยความร้อนจำนวนมากภายใต้อุณหภูมิสูงและความดันสูง ส่งผลให้ความร้อนหนีออกไป

(4) ไฟฟ้าแรงสูง : การก่อตัวของฟิล์มโซลิดอิเล็กโทรไลต์เฟสอินเทอร์เฟซ (SEI) ไม่เสถียร และสลายตัวภายใต้ไฟฟ้าแรงสูง ปล่อยความร้อน

(5) ความเสียหายจากแรงภายนอก : ปัญหาต่างๆ เช่น โครงสร้างแบตเตอรี่พัง ฟิล์ม SEI การฉีกขาด การรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ และการลัดวงจรภายในอาจเกิดขึ้นเมื่อได้รับความเสียหายจากแรงภายนอก เช่น การสั่นสะเทือน การอัดขึ้นรูป การชน และไฟไหม้

อาจกล่าวได้ว่านอกเหนือจากการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองของแบตเตอรี่แล้ว ปัจจัยภายนอก เช่น การชนกันอย่างรุนแรง การอัดขึ้นรูป และการลุยน้ำ ยังอาจทำให้เกิดการลัดวงจรของส่วนประกอบภายในซึ่งส่งผลให้เกิดการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง เป็นที่น่าสังเกตว่าปฏิกิริยาข้างต้นไม่ได้เกิดขึ้นอย่างอิสระ และในบางจุด มีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาหลายอย่างพร้อมกัน