Porovnanie bezpečnosti lítium-iónových akumulátorov

Porovnanie bezpečnosti lítium-iónových akumulátorov
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  274 zobrazení
11
 0
Výroba energie alternatívnym spôsobom

Často môžeme počuť, že výrobok je vybavený "lítium-iónovými" batériami, čo v skutočnosti nemá žiadny význam pre použitú technológiu. Zo zvyku sa však technológia označovaná ako Lithium-Ion zvyčajne sa delí na LCO, NCA alebo NMC

Každá z týchto technológií má veľmi odlišné vlastnosti, najmä z hľadiska bezpečnosti a použiteľnosti ktoré nájdete v nasledujúcej tabuľke.

Technológia Klady a zápory Oblasť použitia

Fosforečnan lítno-železitý (LFP-LiFePO4)

  • Vynikajúca životnosť
  • Vysoká úroveň bezpečnosti
  • Špecifický výkon
  • Hojne zastúpený materiál : Železo + Fosfát
  • O niečo nižší výkon
  • Pohon vozidla (EV)
  • Skladovanie energie z obnoviteľných zdrojov
  • Stacionárne akumulátory
  • aplikácie s vysokým výkonom
  • UPS, back-up, atď.

Oxid lítny kobaltnatý (LCO)

  • Špecifický výkon
  • Nebezpečné chemické látky
  • Obmedzaná životnosť
  • Vzácny materiál : Kobalt
  • Aplikácia s nízkym výkonom
  • Elektrické náradie

Lítium Nikel Kobalt Hliník (NCA)

  • Špecifický výkon
  • Nebezpečné chemické látky
  • Cena
  • Vzácny materiál : Kobalt
  • Elektromobily (TESLA)
  • Elektrické náradie, atď.

Oxidy kobaltu lítium-nikelmanganičitého (NMC)

  • Špecifický výkon
  • Bezpečnosť
  • Obmedzená životnosť
  • Vzácny materiál : Kobalt + Mangán
  • Embedded aplikácie
  • Elektrické náradie, atď.
  • Powerwall (TESLA)

 

Tepelný únik

Jedna z hlavných príčin nebezpečenstva lítium-iónových článkov súvisí s javom tepelného úniku. Ide o reakciu zahrievania používanej batérie, ktorá je spôsobená povahou materiálov použitých v chemickom zložení batérie. Tepelné zbehnutie je spôsobené najmä podnetmi batérií za špecifických podmienok, ako je napríklad ich preťaženie v nepriaznivých klimatických podmienkach. Výsledok tepelného úniku článku závisí od úrovne jeho nabitia a v najhoršom prípade môže viesť až k vznieteniu alebo dokonca výbuchu lítium-iónového článku.

Nie všetky typy lítium-iónovej technológie však majú vzhľadom na svoje chemické zloženie rovnakú citlivosť na tento jav. Na nasledujúcom obrázku je znázornená energia, ktorá vzniká počas umelo vyvolaného tepelného úniku.

Z uvedeného vyplýva, že spomedzi uvedených lítium-iónových technológií sú LCO a NCA najnebezpečnejšie čo sa týka chemického zloženia a z hľadiska tepelného úniku s nárastom teploty približne 470 °C za minútu. NMC chémia vyžaruje približne polovičnú energiu s nárastom 200 °C za minútu, ale táto úroveň energie spôsobuje vo všetkých prípadoch vnútorné horenie materiálov a samovoľné vznietenie článku.

Okrem toho je vidieť, že technológia LiFePO4 - LFP je mierne vystavená javom tepelného úniku, pričom nárast teploty je sotva 1,5 °C za minútu. Pri takejto veľmi nízkej úrovni uvoľnenej energie je tepelný únik technológie lítium-železitého fosfátu v bežnej prevádzke z podstaty nemožný a dokonca je takmer nemožné ho aj umelo vyvolať. V kombinácii so systémom BMS je lítium-železitý fosfát (LifePO4 - LFP) v súčasnosti najbezpečnejšou lítium-iónovou technológiou na trhu.

Mechanická bezpečnosť lítium-iónových článkov

Podobne ako pri tepelnom úniku, aj lítium-iónové články majú rôznu úroveň bezpečnosti v závislosti od nárazov alebo mechanických zásahov, ktorým môžu byť počas svojej životnosti vystavené. Test penetrácie článku klincom je najvýpovednejším spôsobom kvalifikácie bezpečnosti technológie článkov. Nižšie uvedený test sa vykonáva perforáciou lítium-iónového článku NMC a lítium-iónového článku LiFePO4.

Je badať rovnaké mimoriadne stabilné správanie lítiovo-železofosfátových článkov, zatiaľ čo článok NMC sa vznieti takmer okamžite. Pre informáciu, články LCO, NCA alebo lítium polymérové články majú pri skúške perforácie podobné správanie ako NMC (okamžité vznietenie)

Záťažové testy lítiových chemikálií Lítiový polymér (LiPo) vs. titaničitan lítny (LTO) vs. fosforečnan lítny (LFP) :

Zdroj :

Jürgen Garche, Klaus Brandt (2018), Elektrochemické zdroje energie: Základy, systémy a aplikácie: Bezpečnosť Li-batérie (1. vyd.), Amsterdam, Holandsko: Elsevier, s. 128

Peter Miller (2015), „Automobilové lithium-iontové batérie“, Technologické recenzie Johnsona Mattheya,

Manthiram, Arumugam (2020). „Úvahy o chemii katód lithium-iontových batérií“.

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 250.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
Webwiki Button