Làm thế nào có thể kiểm soát được 'sự chạy trốn nhiệt'?（1）

Làm sao có thể ' sự thoát nhiệt ' kiểm soát được ?

Gần đây, tai nạn cháy tự phát của các phương tiện sử dụng năng lượng mới thường xuyên xảy ra và pin lithium thường xuyên gây chú ý về hiện tượng 'thoát nhiệt'. Dữ liệu cho thấy vào năm 2021, số lượng phương tiện sử dụng năng lượng mới ở Trung Quốc đã lên tới 7,84 triệu chiếc và 3.000 vụ cháy nổ xảy ra trên toàn quốc.

Đối với các loại xe điện thuần túy, nỗi lo lắng về quãng đường đi được của người dùng và tình trạng nổ do pin 'hết nhiệt' luôn là tâm điểm trong ngành. Hiệu quả của hệ thống quản lý nhiệt và hiệu suất quản lý nhiệt của pin cũng ảnh hưởng trực tiếp đến quãng đường sạc lại và độ an toàn của pin.

Tính theo tỷ lệ sở hữu phương tiện cơ giới và tai nạn đốt tự phát trên toàn quốc, tai nạn cháy của phương tiện sử dụng nhiên liệu là khoảng 2-4 mỗi năm trên 10.000 chiếc, trong khi đó tỷ lệ tai nạn của phương tiện sử dụng năng lượng mới là khoảng 0,9-1,2. Tuy nhiên, nhìn từ góc độ nguyên lý và kết quả của vụ cháy giữa hai bên, độ “tác hại” của phương tiện sử dụng năng lượng mới còn cao hơn. Xe điện nguyên chất được trang bị pin lithium tỏa nhiệt sau khi thoát nhiệt, gây đoản mạch dẫn đến cháy trong thời gian ngắn, cháy bên trong pin sẽ gây ra phản ứng dây chuyền khiến những người trong xe phải chạy thoát thân rất vội vàng. Ngoài ra, việc cháy pin lithium cũng nguy hiểm hơn. Một mặt, nhiệt độ đám cháy cao nên cần một lượng lớn nước để hạ nhiệt ngay cả khi đám cháy đã được dập tắt; mặt khác, pin lithium có nguy cơ bốc cháy lại sau khi bị phá hủy.

Cơ chế thoát nhiệt của pin lithium

Phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình thoát nhiệt của pin Li-ion là một quá trình phức tạp và liên tục, không thể đạt được chỉ sau một đêm mà được thực hiện theo từng giai đoạn trong toàn bộ quá trình.

Nguyên nhân gây nguy hiểm cho pin Li-ion là do phản ứng tỏa nhiệt bên trong pin, thường xảy ra do:

(1) Quá tải : Hành vi vận hành không phù hợp với thông số kỹ thuật. Ví dụ, khi pin Li-ion bị sạc quá mức, vật liệu điện cực dương tiếp tục trải qua phản ứng khử xen kẽ lithium, khiến chất điện phân bị oxy hóa và phân hủy để giải phóng nhiều nhiệt, khi đó nguy cơ thoát nhiệt sẽ tăng lên rất nhiều;

(2) Xỏ lỗ : Pin Li-ion sẽ tạo ra các sợi nhánh lithium trên bề mặt điện cực âm trong quá trình đạp xe thời gian dài, một số trong đó sẽ rơi ra tạo thành 'liti chết', còn phần còn lại sẽ tiếp tục phát triển và xuyên qua dải phân cách, dẫn đến đoản mạch của pin;

(3) Nhiệt độ cao : Dung môi điện phân đều là dung môi hữu cơ cacbonat và cacboxylat dễ cháy, sẽ bị phân hủy oxy hóa và giải phóng nhiều nhiệt dưới nhiệt độ cao và áp suất cao, dẫn đến thoát nhiệt;

(4) Điện áp cao : Sự hình thành màng giao diện pha điện phân rắn (SEI) không ổn định và bị phân hủy dưới điện áp cao, giải phóng nhiệt;

(5) Hư hỏng do ngoại lực : các vấn đề như sập cấu trúc pin, rách màng SEI, rò rỉ chất điện phân và đoản mạch bên trong có thể xảy ra khi bị hư hỏng do ngoại lực như rung, đùn, va chạm và cháy.

Có thể nói, ngoài việc pin tự bốc cháy, các yếu tố bên ngoài như va chạm mạnh, đùn, lội nước cũng có thể gây đoản mạch các bộ phận bên trong dẫn đến tự bốc cháy. Điều đáng chú ý là các phản ứng trên không diễn ra độc lập và tại một thời điểm nào đó, nhiều phản ứng có khả năng xảy ra đồng thời.