Thermische runaway is een ongecontroleerde reactie die kan optreden in lithium-ionbatterijen. Boven een bepaald niveau neemt de temperatuur van de batterij ongecontroleerd toe.
Het thermische wegloopproces kan worden geactiveerd door een hoge temperatuur en er is een starttemperatuur voor thermische wegloopprocessen waarboven de temperatuur van de batterij oncontroleerbaar zal stijgen.
Thermische runaway is een ongecontroleerde reactie die kan optreden in lithium-ionbatterijen. Schade aan de batterij of kortsluiting kan ervoor zorgen dat warmte en druk in de batterij worden opgebouwd. Als dit een bepaald niveau bereikt, veroorzaakt dit chemische reacties die meer warmte en druk genereren, waardoor een positieve terugkoppellus ontstaat. Thermische runaway kan zich snel van de ene batterij naar de andere verspreiden en leiden tot catastrofale explosies en brand. Bijproducten van thermische runaway kunnen grote hoeveelheden brandbaar waterstof en andere giftige fluororganische gassen zijn.
Mogelijke oorzaken van thermische runaway zijn overladen van de batterij, oververhitting van de batterij of blootstelling aan hoge temperaturen, een te hoge ontlaadsnelheid, kortsluiting of schade zoals een lekke band.
Elk van deze factoren kan de hoogenergetische materialen en organische componenten van de batterij destabiliseren, waardoor ze hun eigen warmte genereren. Als deze warmte niet snel genoeg wordt afgevoerd, zal de temperatuur van de batterij blijven stijgen, waardoor het warmteafvoerproces wordt versneld.
Thermische runaway beïnvloedt de spanning, temperatuur en drukniveaus van de batterij. Vlak voordat de accu thermisch wegloopt, daalt de accuspanning door delaminatie van de elektroden. Exotherme chemische reacties zorgen ervoor dat de temperatuur stijgt, terwijl de gasontwikkeling uit de chemische reacties in combinatie met de verdamping van het elektrolyt ervoor zorgt dat de interne druk in de accu toeneemt.
Om een thermische runaway goed te beheren, is het essentieel om bepaalde veiligheidsmaatregelen te nemen. Deze zijn erop gericht om een thermische runaway in de eerste plaats te voorkomen, en vervolgens om de negatieve impact te beperken en de veiligheidsrisico's die gepaard gaan met dit soort gebeurtenissen te verlichten.
Enkele preventieve veiligheidsmaatregelen zijn een robuuste accubak, een efficiënt koelsysteem en beschermende ontwerp- en controlevoorzieningen. Vlamvertragende additieven kunnen worden gebruikt in zowel de elektrolyt als de separator om de thermische stabiliteit van de batterij te verbeteren en te voorkomen dat de batterij überhaupt ontbrandt.
Als de preventieve veiligheidsmaatregelen falen, omvat de tweede verdedigingslinie faalveilige maatregelen om de schade door thermische runaway te stoppen of te verminderen. Een van deze maatregelen is het uitschakelen van de separator. Een voordeel van het gebruik van een gelpolymeerafscheider is dat deze ook werkt als een thermische zekering. De separator smelt en de structuur breekt af lang voordat de temperatuur van de batterij de drempel voor thermische runaway bereikt. Hierdoor stopt het transport van lithiumionen en wordt de batterijcel effectief uitgeschakeld. Het enige probleem is dat de separator tijd nodig heeft om in te storten, dus het uitschakelen van de separator zal niet alle chemische reacties volledig stoppen en de temperatuur kan blijven stijgen - en de thermische runaway kan doorgaan.
Op dit punt hopen brandbare gassen zich op in de batterij, waardoor de druk en temperatuur verder toenemen. Thermische runaway kan niet meer worden gestopt en dus komen er veiligheidsmaatregelen om de impact te beperken. Een ontluchtingsmechanisme zal deze gassen op een gecontroleerde manier vrijlaten in plaats van in een ongecontroleerde explosie. Het laat ook warmte en druk uit de batterij ontsnappen om het risico op kortsluiting of een batterijbreuk te beperken.
OE biedt een reeks oplossingen voor de veiligheid van lithium-ionbatterijen in ons OE Lion productassortiment. Een voorbeeld van een ontluchtingsmechanisme in dit assortiment is de PRO-LP breekplaat. Deze tegengesteld werkende schijf is ontworpen om nauwkeurig te barsten bij de lage druk die wordt geassocieerd met batterijbehuizingen. De plaat heeft een inkeping rond de omtrek van de plaat, dus als de druk stijgt tot een kritisch punt, zal de plaat bij de inkeping breken om onmiddellijke drukontlasting te bieden. Bovendien voldoet het ontwerp van de PRO-LP met een laag profiel en hoge integriteit aan de specificaties voor uitsteeksel en biedt het een onmiddellijke en volledige opening voor een snelle ontluchting (ongeveer 4 milliseconden) om het risico te verminderen dat de li-ion batterij op hol slaat.
Een alternatieve oplossing met een nog lager profiel is de vlakke composietschijf. Het uitsteeksel is minimaal en de voorwaarts werkende composietschijf barst nauwkeurig bij ultralage druk zonder de integriteit van het ontwerp aan te tasten.
Tot slot bieden onze explosieontlastingsventielen uit het MV-assortiment voor grotere batterijtoepassingen (d.w.z. op netwerkschaal), waar extra ontlastingsoppervlak nodig is, een laag profiel met de flexibiliteit dat ze verkrijgbaar zijn in aangepaste maten, vormen en drukken om aan uw vereisten te voldoen. Veel van deze ontluchters hebben geen frame nodig, waardoor de totale kosten lager zijn en de risico's van overdruk worden beperkt. Het ontwerp van de ontluchters draagt verder bij aan een grotere betrouwbaarheid en betere prestaties.
OsecoElfab's OE Lion™ merk biedt een assortiment gespecialiseerde breekplaten voor lithium-ionbatterijen. De hoogtechnologische oplossingen zijn volledig aanpasbaar aan de unieke en vaak uitdagende omgevingen waarin lithium-ionbatterijen werken in elektrische en hybride voertuigen. De breekplaten bieden snelle, betrouwbare en nauwkeurige drukontlasting in noodgevallen. Er is de optie om een ontluchtingsmembraan toe te voegen aan elke plaat voor continue druknivellering. Door deze twee drukbeveiligingsfuncties in één apparaat te combineren, kunnen batterijfabrikanten en -integrators veiligere, eenvoudigere en kosteneffectievere Li-ion-batterijen ontwerpen.
Sluit nooit meer een compromis met betrekking tot de veiligheid, het ontwerp of de prestaties van lithium-ionbatterijen. neem vandaag nog contact op met ons deskundige team.