الهروب الحراري:-سلاسل التفاعل الحراري والمشغلات الرئيسية
الهروب الحراري فيخلايا بطارية ليثيوم-أيونتمثل حلقة ردود فعل إيجابية- ذاتية الاستدامة مدفوعة بسلاسل التفاعل الطاردة للحرارة. مع ارتفاع درجات الحرارة الداخلية، يتم إطلاق تفاعلات طاردة للحرارة الثانوية، مما يؤدي إلى إطلاق حرارة إضافية ترفع درجات الحرارة بشكل أكبر وتنشط استجابات كيميائية أكثر شدة. إذا تركت هذه الظاهرة دون حل، فإن ظاهرة التسخين الذاتي-المتصاعدة هذه ستؤدي حتمًا إلى فشل كارثي، بما في ذلك الحرائق أو الانفجارات الشديدة.
تنبع هذه العملية الخطيرة من ثلاثة أوضاع إساءة أساسية: إساءة الاستخدام الميكانيكية (على سبيل المثال، اختراق الأظافر، أو التأثير الشديد، أو السحق)، وإساءة الاستخدام الكهربائي (مثل الشحن الزائد، أو التفريغ الزائد-، أو الدوائر القصيرة الخارجية)، والإساءة الحرارية (التعرض لدرجات حرارة محيطة عالية أو فشل نظام التبريد). من بين هذه، تظل الدوائر القصيرة الداخلية هي أكثر أوضاع الفشل دقة وخطورة، حيث أن العيوب المحلية غالبًا ما تتجاوز الكشف القياسي حتى يبدأ بالفعل توليد حرارة لا يمكن السيطرة عليها.
ثلاث-مسار تحلل في خلايا الليثيوم-الأيونية
يتكشف التقدم نحو الانفلات الحراري عبر ثلاث عتبات مختلفة لدرجة الحرارة. تبدأ المرحلة الأولية بحوالي 90-120 درجة مع انهيار طبقة الطور البيني بالكهرباء الصلبة (SEI). يؤدي هذا التحلل إلى إطلاق الحرارة ويعرض سطح الأنود التفاعلي مباشرة إلى المنحل بالكهرباء العضوي، مما يؤدي إلى تسريع عدم الاستقرار الحراري الأساسي داخل بنية الخلية.
في المرحلة الثانية (120-200 درجة)، يتفاعل الأنود المكشوف بقوة مع المنحل بالكهرباء بينما يبدأ الفاصل في الذوبان (عادةً ما تنهار فواصل البولي إيثيلين بالقرب من 130 درجة). يؤدي هذا الانهيار إلى انتشار دوائر القصر الداخلية وزيادة سريعة في المقاومة الداخلية.
بعد 200 درجة، تتولى المرحلة الثالثة: تتحلل مواد الكاثود وتطلق الأكسجين، مما يؤدي إلى تفاعلات احتراق عنيفة مع المنحل بالكهرباء. يمكن أن يصل إنتاج الحرارة العابرة خلال هذه المرحلة الحرجة إلى مستوى الكيلووات على الفور.
نظام الإنذار المبكر ونظام إدارة المباني-استراتيجيات الأمان على مستوى
وللحد من هذه المخاطر، تعتمد أنظمة إدارة البطارية (BMS) على المراقبة في الوقت الفعلي لمعلمات مميزة محددة. تتضمن مقاييس الكشف الأساسية الانخفاض المفاجئ في الجهد، وضغط توليد الغاز، والزيادات الحادة في درجات الحرارة. يوفر تحديد هذه المؤشرات المبكرة مهلة حيوية لإصدار تنبيهات السلامة قبل انتشار الانتشار الحراري في جميع أنحاء الوحدة.