Untersuchung des Temperaturbereichs der Lithium-Ionen-Batterie

Als kritischer Faktor hat die Temperatur einen großen Einfluss auf die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien und schränkt auch die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien ein. Tatsächlich tragen unterschiedliche Temperaturbedingungen zu unterschiedlichen nachteiligen Auswirkungen bei. Für ein ordnungsgemäßes Batteriemanagement sind eine genaue Temperaturmessung in Lithium-Ionen-Batterien und das Verständnis der Temperatureffekte von entscheidender Bedeutung. Lithium-Ionen ist die neueste Batterietechnologie und wird dies auch in naher Zukunft tun. Ein riesiger Markt wartet darauf, dass das Unternehmen eine Batterie auf den Markt bringt, die Li-Ionen in Bezug auf Sicherheit und Leistung übertreffen kann.

Die Auswirkungen der Temperatur auf Lithium-Ionen-Batterien in niedrigen und hohen Temperaturbereichen werden in dieser Studie diskutiert.

Was ist die sichere Betriebstemperatur für Lithium-Ionen-Batterien?

Die sichere Betriebstemperatur für Lithium-Ionen-Batterien, bei der sie verwendet werden können, liegt zwischen 10 ° C und 55 ° C, während das Laden von Lithium-Ionen-Batterien zwischen 5 ° C und 45 ° C erfolgen sollte.

Der "Schaden" der Lithiumbatterie fällt entlang eines mehrdimensionalen Kontinuums, abhängig davon, wie weit die Exkursionen über die vorgeschriebenen Grenzen hinausgehen und wie lange sie sich entladen oder aufladen, da es sich um entgegengesetzte chemische Reaktionen handelt.

Einige Batteriechemien sind für einige Ausflüge verzeihender als die empfohlenen Grenzwerte. Andere, wie Lithium, sind viel weniger tolerant, aber aufgrund ihrer viel höheren Energiedichte setzt die Industrie die Herstellung von Batterien auf Lithiumbasis fort.

Thermal Runaway ist ein sehr reales Risiko für Lithium - dies passiert, wenn Menschen von "Platzen" von Batterien auf Lithiumbasis sprechen, die nicht so sehr in einem nach außen fliegenden Splitter explodieren, sondern in einer extrem warmen Verbrennung, die andere Materialien in der Nähe schnell entzünden kann . Das Risiko besteht bis zu dem Punkt, an dem ein anhaltendes "Schwelen" bei hohen weißglühenden Temperaturen, die noch nicht brennen, auch umgebende Materialien entzünden kann. Diese Art von Dingen hat unter anderem mit Lithium-Ionen-Batterien beladene Flugzeuge in ihren Laderäumen zum Absturz gebracht.

Ja, nicht mehr als 45 ° C gelten als ideale Grenze für Lithium während des Ladens, vielleicht 50 ° C während des Entladens, aber viele Forscher haben gesehen, dass einige der neueren großen Lithiumbatteriegeräte (wie: Tesla Powerwall, weniger glamourös und normalerweise) verwendet für gewerbliche und industrielle Anwendungen) mit einer Kapazität von 50 ° C und sogar 55 ° C, was die lebenden Elektronen tatsächlich erschreckt.

Ebenso wird normalerweise empfohlen, nicht unter 0 ° C zu verwenden, insbesondere zum Laden. Während dieser kalten Zeiten wird der Akku durch den Innenwiderstand der Batterie selbst etwas erwärmt, was von Vorteil ist.

Das Laden sollte jedoch nur bei + 5 ° C bis + 45 ° C Batterietemperatur erfolgen. Während der Batteriespeichertemperaturbereich Raumtemperatur hat und um sicherzustellen, dass außerhalb dieses Bereichs keine Ladedruckbelastung auftritt, wird ein Batteriesensor verwendet, der bei der Anzeige der Grenzwerte hilft.

Bei welcher Temperatur explodieren Lithium-Ionen-Batterien?

Normalerweise arbeiten Lithium-Ionen-Batterien bei erhöhter Temperatur, aber eine lange Hitzeeinwirkung kann die Batterie zerstören. Die Temperatur, bei der die Lithium-Ionen-Batterien explodieren, beträgt 1000 ° F, das sind 538 ° C.

Warum explodieren Lithium-Ionen-Batterien?

Lithium-Ionen-Batterien explodieren normalerweise aufgrund von Herstellungsfehlern. Das zugrunde liegende Problem ist jedoch, dass Lithium-Ionen-Batterien in einem kompakten Gehäuse viel Strom enthalten. Deshalb werden sie in fast allen Bereichen von Geräten bis zu Tesla-Elektroautos verwendet.

Ein li-ionen-akku hat eine Energiedichte von ungefähr 160 Wattstunden pro Kilogramm (Wh / kg), ungefähr doppelt so viel wie ein frischer Alkalibatterie oder ein wiederaufladbarer NiCad-Akku. Zur Erzeugung dieser Leistung werden drei Hauptkomponenten verwendet: die negativ geladene Kathode aus Metalloxid, die positiv geladene Anode aus Graphit und der flüssige Elektrolyt, ein Lösungsmittel, das Lithiumsalze enthält und den elektrischen Ladungsdurchgang zwischen den beiden Polen ermöglicht .

Die Kathode und die Anode müssen physisch getrennt werden, wie zwei Unruhestifter in einem Klassenzimmer getrennt werden müssen. Mit einem durchlässigen Polyethylen-Separator, der nur 10 Mikrometer dick sein kann, tun dies Lithium-Ionen-Batterien. Wenn sich die Batterien verbessern und die Entwickler versuchen, mehr Leistung in ein kleineres Gehäuse zu packen, wird der dünne Kunststoffabscheider bis an seine Grenzen besteuert.

Auf diese Weise wurde der Separator wirklich dünn und die Batterie wird in diesem Fall anfälliger und der Separator bricht. Dies führt zu einem Kurzschluss, wenn der Separator defekt ist, wodurch ein Prozess ausgelöst wird, der als thermischer Lauf bezeichnet wird. Dies ist laut Abraham einer der Hauptwege, auf denen Feuer beginnen. Die Chemikalien in der Batterie beginnen sich zu erwärmen, wodurch sich der Abscheider weiter zersetzt. Schließlich kann die Batterie Temperaturen von über 1.000 ° F erreichen. Zu diesem Zeitpunkt kann sich der brennbare Elektrolyt, wenn er dem Luftsauerstoff ausgesetzt wird, entzünden oder sogar explodieren (Batterie explodiert).

Werden diese katastrophalen Ausfälle das Ende des lithium-ionen-akkus bedeuten, auch wenn dies ungewöhnlich ist? Gleichzeitig ist die Sicherheit ein Problem, das Design der Batterie ist nur einer von mehreren Faktoren. Durch die Verbesserung vieler anderer Faktoren wie Leistungsdichte, Batterielebensdauer und Ladeeffizienz können und werden Lithium-Ionen-Batterien weiterhin verwendet werden setzt seinen Stand der Technik bei Batterien fort.

Beeinflusst Wärme Lithium-Ionen-Batterien?

Ja, Hitze wirkt sich auf Lithium-Ionen-Batterien aus, da Hitze der schlimmste Feind von Batterien ist.

Obwohl Lithium-Ionen bei hohen Temperaturen gut funktionieren, schränkt eine übermäßige Hitzeeinwirkung seine Haltbarkeit ein. Die Gaserzeugung wird bei erhöhten Temperaturen geladen und entladen, was dazu führen kann, dass eine zylindrische Zelle überläuft und eine Beutelzelle anschwillt. Das Laden über 50 ° C ist von vielen Ladegeräten verboten.

Einige Packungen auf Lithiumbasis werden vorerst auf hohe Temperaturen gekühlt. Es bezieht sich auf Batterien in chirurgischen Instrumenten, die im Rahmen des Autoklavierens bei 137 ° C (280 ° F) für bis zu 20 Minuten sterilisiert werden. Öl- und Gasbohrungen setzen die Batterie im Rahmen des Fracking-Prozesses auch hohen Temperaturen aus.

Fazit

Daraus kann geschlossen werden, dass die Temperatur ein Schlüsselfaktor für die dynamische Effizienz der Lithium-Ionen-Batterie ist und bei sachgemäßer Verwendung eine wichtige Rolle für die lange Lebensdauer der Lithium-Ionen-Batterie spielt. Das Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen der Temperatur auf die dynamischen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien zu untersuchen. Es zeigt sich auch, dass sich unter Hochtemperaturbedingungen die Inkonsistenz zwischen den Batterien verschlechtern würde, indem die Temperatur- und Spannungsunterschiede verschärft würden.