De voor- en nadelen van lithium-ionbatterijen
De lithium-ionbatterij is een van de meest efficiënte batterijen ter wereld. Veel van de producten waarop we zijn gaan vertrouwen, gebruiken Li-ion-batterijen. Van onze smartphones tot onze laptops tot zelfs industriële elektrische gereedschappen, de Li-ion-batterij zorgt ervoor dat deze producten en meer langer meegaan. Het is belangrijk om onszelf te informeren over deze producten en hun veiligheid.
In de afgelopen paar jaar zijn er producten gemeld die het uitvallen van de Li-ionbatterij omvatten. De batterij resulteerde in oververhitting, vlam vatten en explodeerde bij sommige incidenten. Natuurlijk wekten deze incidenten wenkbrauwen op. Maar het is belangrijk om te begrijpen waarom deze risico's zijn ontstaan.
Een van de meest bekende productherinneringen vanwege de batterijfout was de Galaxy Note 7 van Samsung. Met 100 gevaarlijke incidenten werden 2.5 miljoen smartphones over de hele wereld teruggeroepen. In sommige gevallen veroorzaakte de batterijstoring dat de telefoon explodeerde met letsel tot gevolg. Dus wat gebeurde er?
Volgens een artikel in Bedraad, “De oververhitting werd veroorzaakt door afzonderlijke problemen met batterijen van twee verschillende leveranciers. . . [In de] Samsung SDI was er niet genoeg ruimte tussen het hitteverzegelde beschermende zakje rond de batterij en het inwendige ”, wat kortsluiting veroorzaakte. En, “in het geval van batterijen afkomstig van Amperex Technology Limited, ontbraken sommige cellen isolatietape. . . De batterijen hadden over het algemeen ook dunne separatoren, waardoor de kans op schade aan de separator en kortsluiting groter werd. "
Sinds de terugroepactie van de Galaxy Note 7 heeft Samsung veel tests uitgevoerd om ervoor te zorgen dat hun telefoons veilig blijven, maar deze terugroepactie bewees dat hoe meer je weet over mogelijke risico's, hoe beter je jezelf kunt voorbereiden en mogelijke waarschuwingssignalen kunt begrijpen.
Een ding om te begrijpen over Li-ion-batterijen is dat het moet worden beschermd. En Batterij Management Systemen (BMS) zullen precies dat doen. Een BMS wordt gebruikt om Li-ion-batterijen te bewaken en te beschermen voor de spanning, thermische beveiliging, overstroom, celbalancering en foutdetectie van elke afzonderlijke cel. Per rapport van Dfr-oplossingen, ze zijn ontworpen om alle laad- en ontlaadstroom te stoppen als dit nodig wordt geacht, wat kan helpen bij het voorkomen of een thermische wegloopgebeurtenis. Het BMS moet dus correct zijn ontworpen, geïntegreerd en geïnstalleerd om zijn werk te doen en de juiste bescherming te bieden.
Er zijn veel soorten storingen die kunnen bijdragen aan een Thermal Runaway Event (TRE), een chemische reactie en / of kortsluiting in de cel die wordt veroorzaakt door een temperatuurstijging. Zodra dit is geïnitieerd, is het als een domino-effect, de hitte blijft toenemen totdat er niets meer op is om op te reageren. Volgens een studie in het Journal of Power Sources heeft 'falen' meerdere definities in verschillende situaties. . . Eén beschrijving van falen gaat ervan uit dat falen alleen afhankelijk is van de conditievariabelen. Zodra de conditievariabele een vooraf bepaalde drempel overschrijdt, is er een fout opgetreden. Andere definities van falen worden beoordeeld aan de hand van criteria zoals prestaties (presteren op een onbevredigend niveau), functionaliteit (niet in staat om een specifieke functie uit te voeren) en beschikbaarheid (machine valt uit) ”(Zhang, 6008). Dit betekent dat het probleem oververhitting, overladen en chemische en metaalvervuiling kan zijn die meer aandacht op de hitte heeft gevestigd, wat mogelijk een brand of explosie kan veroorzaken.
Lithium-ionbatterijen moeten worden beschermd. Volgens Wetenschappelijk, "Voor een veilige werking rusten fabrikanten lithium-ionbatterijpakketten uit met een beveiligingscircuit dat de spanning van de cel tijdens het laden en ontladen beperkt tot een gespecificeerd veilig bereik." Een beschermend omhulsel rond de Li-ionbatterij zelf helpt schade aan het product te voorkomen en kan mogelijk letsel voorkomen als zich een thermische vluchteling voordoet.
Li-ionbatterijen hebben risico's, maar hun waarde en doel hebben zoveel voordelen. Ze hebben een verbazingwekkende hoeveelheid energie in een klein pakket dat elektrische auto's, industrieel gereedschap en veiligheidshulpmiddelen en apparatuur kan gebruiken die eerste hulpverleners gebruiken die elke dag levens redden.
Er zijn veel duidelijke voordelen aan het gebruik van Li-ion-batterijen. Ze zijn draagbaar / draadloos, oplaadbaar, duurzaam en licht van gewicht. Ze hebben de beste energiedichtheid van opslag dan elke andere batterij.
De potentiële risico's die kunnen optreden, zijn onvoorspelbare incidenten die op statistieken wegen. Ze zijn een wetenschappelijk product en er moeten risico's worden gepland.
Professor John Goodenough van de Universiteit van Texas in Austin is de mede-uitvinder van de nieuwe Li-ionbatterij. Goodenough legt uit: “Branden of explosies zijn mogelijk, maar niet gebruikelijk. . . Sommige storingen worden niet algemeen gemeld als niemand gewond raakt of er weinig financieel verlies is, maar er is altijd een potentieel gevaar met een ontvlambare vloeibare elektrolyt. "
Maar het onderzoek en de ontwikkeling blijven ervoor zorgen dat deze goed functionerende, efficiënte batterij veilig is. “We ontwikkelen batterijcellen met een solide elektrolyt die deze problemen voorkomt. We gebruiken een uniek en opmerkelijk glaselektrolyt. Alle andere solide elektrolyten hebben een te lage animator voor kationgeleidbaarheid om boven 50 graden Celsius te werken, we kunnen naar beneden onder de 20 graden Celsius gaan ”, legt professor Goodenough uit.
RAMFAN produceert draagbare ventilatieapparatuur voor de brandweer, industriële locaties, de marine en meer. Hun apparatuur is gemaakt om mensen te beschermen tegen mogelijke gevaren. Li-ionbatterijen zijn hun belangrijkste krachtbron om hun producten geavanceerd en duurzaam te houden. De ontwerpingenieurs nemen veel veiligheidsmaatregelen om ervoor te zorgen dat de batterijpakketten niet alleen lang meegaan, maar ook de operator en de apparatuur veilig houden.
Scott Carroll is een ontwerpingenieur met RAMFAN. Hij ontwerpt sinds 2008 Li-ion-oplaadsystemen voor batterijen. Gedurende de laatste tien jaar en de jarenlange opleiding heeft hij geleerd dat je bij het benaderen van het ontwerp van een Li-ion-batterij bewust moet zijn van de thermische beheersdruk. "We laten ze langzaam groeien door een ventilatieopening, anders: BOOM!" Carroll legt uit. Hij legt verder uit dat de opening in het beschermende batterijpakket erg belangrijk is. Het laat de gifstoffen van wat zich in de batterij vormt niet toe in de ventilatie van de ventilator; de gifstoffen worden vrijgegeven in een open atmosfeer.
Een andere veiligheidsmaatregel die RAMFAN-adressen biedt, zorgt ervoor dat de beschermende batterijpakketten waterdicht zijn. In het batterijpakket bevindt zich een IP67 - "IP", Ingress Protection; "67" betekent, het is onderdompelbaar. De IP67 beschermt het batterijbeheersysteem, dat de Li-ionbatterij bewaakt. Als water het GBS raakt, kunnen veel van de hierboven besproken potentiële risico's volgen. En, zoals Carroll al eerder zei, "BOOM!" Hij legt ook uit dat er een drukcompensatieklep in de batterij zit die ervoor zorgt dat de druk aan de binnen- en buitenkant hetzelfde is om storingen te voorkomen.
RAMFAN neemt zoveel voorzorgsmaatregelen als nodig is om ervoor te zorgen dat hun Li-ion-batterijen worden beschermd en klaar zijn voor succes. Hun veiligheidsuitrusting is speciaal gemaakt voor mensen met een hoge druk, dus ze proberen ervoor te zorgen dat hun producten klaar zijn voor de taak.
De Li-ionbatterij is een grote troef voor onze producten, maar het is belangrijk om te begrijpen waarom er incidenten zijn geweest waardoor we hun risico in twijfel trekken. Thermische weggelopen gebeurtenissen zijn niet gebruikelijk maar zijn gebeurd. Ze zijn onvoorspelbaar, maar het risico van een explosie of brand kan worden voorkomen met beschermende behuizingen, een batterijbeheersysteem en het verzorgen van het product.
Referentie:
Zhang, Jingliang en Jay Lee. "Een overzicht van prognoses en gezondheidsmonitoring van Li-ionbatterijen." Journal of Power Sources, vol. 196, nee. 15, 2011, blz. 6007-6014., Doi: 10.1016 / j.jpowsour.2011.03.101
Door Laura Canepa
