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Vor- und Nachteile von Lithium-Ionen-Batterien

Der Lithium-Ionen-Akku ist einer der effizientesten Akkus der Welt. Viele der Produkte, auf die wir uns verlassen, verwenden Li-Ionen-Batterien. Von unseren Smartphones über unsere Laptops bis hin zu industriellen Elektrowerkzeugen hält der Li-Ionen-Akku diese Produkte und mehr länger. Es ist wichtig, sich über diese Produkte und ihre Sicherheit zu informieren.

In den letzten Jahren gab es Berichte über Produkte, die den Ausfall des Li-Ionen-Akkus beinhalten. Die Batterie führte zu Überhitzung, Feuer und explodierte in einigen Fällen. Natürlich haben diese Vorfälle die Augenbrauen hochgezogen. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, warum diese Risiken eingetreten sind.

Einer der bekanntesten Produktrückrufe aufgrund einer Fehlfunktion des Akkus war das Samsung Galaxy Note 7. Mit 100 gefährlichen Vorfällen wurden weltweit 2.5 Millionen Smartphones zurückgerufen. In einigen Fällen explodierte das Telefon aufgrund des Batterieausfalls und es kam zu Verletzungen. Also was ist passiert?

Nach einem Artikel in Verdrahtet„Die Überhitzung wurde durch separate Probleme bei Batterien verursacht, die von zwei verschiedenen Lieferanten bezogen wurden. . . [Im] Samsung SDI war zwischen dem heißversiegelten Schutzbeutel um den Akku und seinen Innenteilen nicht genügend Platz “, was zu Kurzschlüssen führte. Und „bei Batterien von Amperex Technology Limited fehlte einigen Zellen das Isolierband. . . Die Batterien hatten im Allgemeinen auch dünne Separatoren, was das Risiko von Separatorschäden und Kurzschlüssen erhöhte. “

Seit dem Rückruf des Galaxy Note 7 hat Samsung viele Tests durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Telefone sicher sind. Dieser Rückruf hat jedoch gezeigt, dass Sie sich besser vorbereiten und mögliche Warnzeichen verstehen können, je mehr Sie über potenzielle Risiken wissen.

Eine Sache, die Sie über Li-Ionen-Akkus wissen sollten, ist, dass sie geschützt werden müssen. Und genau das werden Batteriemanagementsysteme (BMS) tun. Ein BMS wird verwendet, um Li-Ionen-Batterien auf Spannung, Wärmeschutz, Überstrom, Zellausgleich und Fehlererkennung jeder einzelnen Zelle zu überwachen und zu schützen. Nach einem Bericht von Dfr-LösungenSie sind so konzipiert, dass sie den gesamten Lade- und Entladestrom stoppen, wenn dies als notwendig erachtet wird. Dies kann dazu beitragen, ein thermisches Durchgehen zu verhindern oder einzudämmen. Daher muss das BMS ordnungsgemäß entworfen, integriert und installiert werden, um seine Aufgabe zu erfüllen und einen angemessenen Schutz zu bieten.

Es gibt viele Arten von Fehlern, die zu einem Thermal Runaway Event (TRE) führen können, bei dem es sich um eine chemische Reaktion und / oder Kurzschlüsse innerhalb der Zelle handelt, die durch einen Temperaturanstieg verursacht werden. Sobald dies eingeleitet wird, ist es wie ein Dominoeffekt, die Wärme nimmt weiter zu, bis nichts mehr zu reagieren ist. Laut einer Studie im Journal of Power Sources hat „Fehler“ in verschiedenen Situationen mehrere Definitionen. . . Bei einer Fehlerbeschreibung wird davon ausgegangen, dass der Fehler nur von den Bedingungsvariablen abhängt. Sobald die Bedingungsvariable einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, ist ein Fehler aufgetreten. Andere Definitionen von Fehlern werden anhand von Kriterien wie Leistung (Leistung auf unbefriedigendem Niveau), Funktionalität (Unfähigkeit, bestimmte Funktionen auszuführen) und Verfügbarkeit (Maschinenausfall) beurteilt “(Zhang, 6008). Dies bedeutet, dass das Problem Überhitzung, Überladung sowie chemische und metallische Verunreinigungen sein kann, die mehr Aufmerksamkeit auf die Hitze gelenkt haben und möglicherweise einen Brand oder eine Explosion verursachen können.

Lithium-Ionen-Batterien müssen geschützt werden. Gemäß Wissenschaft"Für einen sicheren Betrieb statten die Hersteller Lithium-Ionen-Akkus mit einer Schutzschaltung aus, die die Spannung der Zelle während des Ladens und Entladens auf einen bestimmten sicheren Bereich begrenzt." Ein Schutzgehäuse um den Li-Ionen-Akku selbst verhindert Schäden am Produkt und kann mögliche Verletzungen verhindern, falls ein thermisches Durchgehen auftreten sollte.

Li-Ionen-Batterien haben Risiken, aber ihr Wert und Zweck haben so viele Vorteile. Sie haben eine erstaunliche Menge an Energie in einem kleinen Paket, das Elektroautos, Industriewerkzeuge sowie Sicherheitswerkzeuge und -geräte antreiben kann, die Ersthelfer verwenden und die jeden Tag Leben retten.

Die Verwendung von Li-Ionen-Batterien bietet viele offensichtliche Vorteile. Sie sind tragbar / schnurlos, wiederaufladbar, langlebig und leicht. Sie haben die beste Energiedichte des Speichers als jede andere Batterie.

Die potenziellen Risiken, die auftreten können, sind unvorhersehbare Vorfälle, die die Statistik belasten. Sie sind ein Produkt der Wissenschaft, und Risiken sind zu planen.

Professor John Goodenough von der University of Texas in Austin ist Miterfinder des neuen Li-Ionen-Akkus. Goodenough erklärt: „Brände oder Explosionen sind möglich, aber nicht häufig. . . Einige Fehler werden nicht häufig gemeldet, wenn niemand verletzt wird oder nur geringe finanzielle Verluste zu verzeichnen sind. Bei einem brennbaren flüssigen Elektrolyten besteht jedoch immer eine potenzielle Gefahr. “

Die Forschung und Entwicklung stellen jedoch weiterhin sicher, dass diese hochfunktionierende, effiziente Batterie sicher ist. „Wir entwickeln Batteriezellen mit einem Festelektrolyten, der diese Probleme vermeidet. Wir verwenden einen einzigartigen und bemerkenswerten Glaselektrolyten. Alle anderen Festelektrolyte haben einen zu niedrigen Kationenleitfähigkeitsanimisten, um über 50 Grad Celsius betrieben zu werden. Wir können unter minus 20 Grad Celsius gehen “, erklärt Professor Goodenough.

RAMFAN stellt tragbare Lüftungsgeräte für die Feuerwehr, Industriestandorte, die Marine und mehr her. Ihre Ausrüstung wurde entwickelt, um Menschen vor möglichen Gefahren zu schützen. Li-Ionen-Batterien sind ihre Hauptstromquelle, um ihre Produkte fortschrittlich und langlebig zu halten. Die Konstrukteure treffen viele Sicherheitsvorkehrungen, um sicherzustellen, dass die Akkus nicht nur langlebig sind, sondern auch den Bediener und die Ausrüstung schützen.

Scott Carroll ist Konstrukteur bei RAMFAN. Seit 2008 entwirft er Ladesysteme für Li-Ionen-Akkus. In den letzten zehn Jahren und in der tonnenweise Ausbildung hat er gelernt, dass man sich des Wärmemanagementdrucks bewusst sein muss, wenn man sich dem Design eines Li-Ionen-Akkus nähert. "Wir lassen sie langsam durch eine Entlüftung expandieren, sonst: BOOM!" Carroll erklärt. Er erklärt weiter, dass die Entlüftung im Schutzbatteriesatz sehr wichtig ist. Die Giftstoffe des Akkus können nicht in die Belüftung des Lüfters gelangen. Die Toxine werden in eine offene Atmosphäre freigesetzt.

Eine weitere Sicherheitsmaßnahme, die RAMFAN-Adressen sicherstellen, ist, dass die Schutzbatterien wasserdicht sind. Im Inneren des Akkus befindet sich eine IP67 - „IP“ bedeutet Ingress Protection. "67" bedeutet, es ist tauchfähig. Die IP67 schützt das Batteriemanagementsystem, das den Li-Ionen-Akku überwacht. Wenn Wasser auf das BMS trifft, können viele der oben diskutierten potenziellen Risiken auftreten. Und, wie Carroll bereits erwähnte, "BOOM!" Er erklärt auch, dass sich im Akkupack ein Druckausgleichsventil befindet, das sicherstellt, dass der Druck innen und außen gleich ist, um einen Ausfall zu vermeiden.

RAMFAN wird so viele Vorsichtsmaßnahmen treffen, wie erforderlich sind, um sicherzustellen, dass die Li-Ionen-Batterien geschützt und für den Erfolg eingerichtet sind. Ihre Sicherheitsausrüstung wurde speziell für Menschen mit Hochdruckarbeiten entwickelt. Deshalb möchten sie sicherstellen, dass ihre Produkte für diese Aufgabe geeignet sind.

Der Li-Ionen-Akku ist ein großer Vorteil für unsere Produkte, aber es ist wichtig zu verstehen, warum es Vorfälle gab, bei denen wir ihr Risiko in Frage stellen. Thermische außer Kontrolle geratene Ereignisse sind nicht üblich, aber aufgetreten. Sie sind unvorhersehbar, aber die Gefahr einer Explosion oder eines Brandes kann mit Schutzhüllen, einem Batteriemanagementsystem und der Pflege des Produkts verhindert werden.

Referenz:

Zhang, Jingliang und Jay Lee. "Ein Rückblick auf Prognose und Gesundheitsüberwachung von Li-Ionen-Batterien." Journal of Power Sources, vol. 196, nein. 15, 2011, S. 6007–6014., Doi: 10.1016 / j.jpowsour.2011.03.101

Von Laura Canepa

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