鉅大LARGE | 點擊量：627次 | 2021年05月19日
圣彼得堡大學研究人員開發(fā)出有利于防止電池火災的新技術
研究表明，電網(wǎng)規(guī)模的電池儲能系統(tǒng)在起火之后具有爆炸風險，而有關撲滅電池儲能系統(tǒng)火災的消防人員來說，要對如何撲滅此類火災進行培訓。
防范和抑制電池火災絕非易事，成功滅火的關鍵條件是采用以更快的速度檢測到電池故障并觸發(fā)其響應的技術。據(jù)報道，俄羅斯圣彼得國立大學電化學系教授OlegLevin領導的一個研究小組開發(fā)了一種新的方法，有望在電池起火早期檢測和響應方面具有競爭優(yōu)：小組發(fā)明的聚合物可以隨著溫度或電壓的變化而改變電導率。研究人員聲稱，這種方法成本低廉并且可擴展。由于確信這項技術的適用性，研究人員已經(jīng)為他們的發(fā)明申請并獲得了專利。
電池起火有多種原因，但大多數(shù)歸結為過度充電或短路。例如，在APS公司在亞利桑那州運營的一個電池儲能系統(tǒng)發(fā)生起火并爆炸的事故中，該公司在與技術審計機構DNVGL在事故之后聯(lián)合進行調查的一份報告中得出結論，電池內部的晶枝樹突是罪魁禍首。鋰離子電池中的晶枝樹突沉積在陽極上，假如不斷上升，則會使電池內部短路，從而發(fā)生熱失控引起火災。
雖然電池儲能系統(tǒng)配備監(jiān)控系統(tǒng)，可以跟蹤所有的電池參數(shù)，并在出現(xiàn)問題時關閉電路。但Levin稱，在大多數(shù)大型電池火災事件中，這些監(jiān)控系統(tǒng)都因制造缺陷而發(fā)生故障。
Levin說：“這就是根據(jù)阻止電池組內部電流的化學反應來制定電池的安全策略特別重要的原因。為此，我們?yōu)殡姵亻_發(fā)一種特殊的聚合物，其導電性可以調節(jié)電池的電壓變化。假如電池工作正常，這種聚合物不會阻止電流流動。假如電池過度充電或出現(xiàn)短路，或電壓降至正常工作水平以下，聚合物進入所謂的‘隔離器’模式。”
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
當電池由于過度充電或短路而發(fā)生故障時，溫度會升高到70℃～90℃以上，觸發(fā)電池內部的化學反應，從而引起自激連鎖反應。在達到溫度閾值之前，要防止這種連鎖反應（即熱失控）。Levin表示，這項研究取得了很大進展。當聚合物開始充當“隔離器”時，其電池內部損傷可能已經(jīng)非常嚴重，以至于火災仍會蔓延。而在故障發(fā)展階段，聚合物對電壓變化而不是對熱量變化起反應。
Levin說：“開發(fā)這種‘化學熔絲’時最困難的部分是尋找活性聚合物。我們了解這類聚合物種類繁多。然而發(fā)現(xiàn)一個合適的聚合物是一個難題。此外，我們必須提高技術水平，使其可以實現(xiàn)工業(yè)化生產，以表明我們提出的電池安全策略的想法?！?/p>
Levin在調查報告表示，該研究所的研究人員在過去八年里一直在研究這種聚合物，但在過去兩年，一個定制的項目給這個研究帶來了新的動力他表示，電池起火事件發(fā)生的次數(shù)令人驚訝。例如在1999年至2012年，共有1013例報告案例，而在2012年至2018年，這一數(shù)字激增至25000例。并且這個問題仍然沒有解決。就在近日，由于存在過熱和火災的危險，澳大利亞競爭與消費者委員會正式通知電池生產廠商LGChem公司召回其住宅電池儲能系統(tǒng)。
目前，這種聚合物只適用于磷酸鐵鋰（LFP）電池，其原因是不同的陰極成分在不同的電壓水平下起用途。磷酸鐵鋰（LFP）電池的電壓為3.2V，而鎳錳鈷（NMC）三元鋰離子電池陰極的工作電壓為3.7至4.2V，具體取決于其電池的類型。
Levin說，“改變聚合物的結構可能會改變其導電性，使其適用于目前市場上的其他類型的陰極。我們對如何通過在聚合物中添加安全成分以適應電池溫度水平的變化，使這種安全策略更具通用性。而我們研究成果有望消除與電池相關的火災隱患?！?/p>
