Panoramica

Con l'aumento degli incidenti causati dalla batteria agli ioni di litio, le persone sono più preoccupate per la fuga termica della batteria, poiché la fuga termica che si verifica in una cella può diffondere il calore ad altre celle, portando allo spegnimento dell'intero sistema batteria.

Tradizionalmente, durante i test si attiva la fuga termica mediante riscaldamento, blocco o sovraccarico. Tuttavia, questi metodi non possono né controllare la fuga termica in una cella specifica, né possono essere facilmente implementati durante i test dei sistemi di batterie. Recentemente le persone stanno sviluppando un nuovo metodo per innescare la fuga termica. Il test di propagazione nella nuova norma IEC 62619: 2022 ne è un esempio e si stima che questo metodo sarà ampiamente utilizzato in futuro. Questo articolo presenta alcuni nuovi metodi che sono in fase di ricerca.

Radiazione laser:

La radiazione laser consiste nel riscaldare una piccola area con un impulso laser ad alta energia. Il calore verrà condotto all'interno del materiale. La radiazione laser è ampiamente utilizzata nelle aree di lavorazione dei materiali, come saldatura, connessione e taglio. Comunemente ci sono tipi di laser come segue:

• CO₂laser: laser a gas molecolare ad anidride carbonica
• Laser a semiconduttore: laser a diodi in GaAs o CdS
• Laser YAG: laser al sodio costituito da granato di ittrio e alluminio
• Fibra ottica: laser in fibra di vetro con elemento di terre rare

Alcuni ricercatori utilizzano un laser da 40 W, con una lunghezza d'onda di 1.000 nm e un diametro di 1 mm per eseguire test su cellule diverse.

Effettuando una TAC sulla cellula non innescata si riscontra che non vi è alcuna influenza strutturale ad eccezione del foro sulla superficie. Significa che il laser è direzionale e ad alta potenza e l'area di riscaldamento è precisa. Pertanto il laser è un buon metodo per eseguire i test. Possiamo controllare la variabile e calcolare accuratamente l'energia in ingresso e in uscita. Nel frattempo il laser presenta i vantaggi del riscaldamento e del fissaggio, come il riscaldamento rapido e più controllabile. Il laser ha più vantaggi come:

• Può innescare una fuga termica e non riscalda le celle vicine. Questo è positivo per le prestazioni del contatto termico

• Può stimolare la carenza interna

• Può immettere meno energia e calore in un tempo più breve per innescare l'instabilità termica, il che rende il test ben sotto controllo.

Reazione alla termite:

La reazione della termite consiste nel far reagire l'alluminio con l'ossido metallico ad alta temperatura e l'alluminio si trasferirà nell'ossido di alluminio. Poiché l'entalpia di formazione dell'ossido di alluminio è molto bassa (-1645 kJ/mol), genererà molto calore. Il materiale della termite è abbastanza disponibile e formule diverse possono generare quantità diverse di calore. I ricercatori iniziano quindi i test con una sacca da 10 Ah con termite.

La termite può facilmente innescare una fuga termica, ma l’apporto termico non è facile da controllare. I ricercatori stanno cercando di progettare un reattore termico sigillato e in grado di concentrare il calore.

Lampada al quarzo ad alta potenza:

Teoria: posizionare una lampada al quarzo ad alta potenza sotto una cella e separare la cella e la lampada con un piatto. La piastra deve essere forata, in modo da garantire la conduzione dell'energia.

Il test dimostra che sono necessari una potenza molto elevata e molto tempo per innescare la fuga termica, e la temperatura non è distribuita in modo uniforme. Il motivo potrebbe essere che la luce al quarzo non è una luce direzionale e l'eccessiva perdita di calore rende difficile l'attivazione precisa della fuga termica. Nel frattempo l'apporto energetico non è esatto. Il test di fuga termica ideale consiste nel controllare l'energia di attivazione e abbassare il valore in eccesso in ingresso, per ridurre l'influenza sul risultato del test. Possiamo quindi trarre la conclusione che la lampada al quarzo per ora non è utile.

Conclusione:

Rispetto al metodo tradizionale di attivazione della fuga termica delle celle (come riscaldamento, sovraccarico e penetrazione), la propagazione del laser è un modo più efficace, con un'area di riscaldamento più piccola, una minore energia in ingresso e un tempo di attivazione più breve. Ciò contribuisce ad un elevato apporto energetico effettivo sull'area limitata. Questo metodo è stato introdotto dall'IEC. Possiamo aspettarci che molti paesi prenderanno in considerazione questo metodo. Tuttavia solleva requisiti elevati per i dispositivi laser. Richiede una sorgente laser adeguata e dispositivi resistenti alle radiazioni. Al momento non ci sono abbastanza casi per il test di fuga termica, questo metodo necessita ancora di verifica.