Zwarcie akumulatora jest poważną wadą: energia chemiczna zgromadzona w akumulatorze zostanie utracona w postaci energii cieplnej, urządzenie nie będzie mogło być używane. Jednocześnie zwarcie powoduje również wytwarzanie znacznego ciepła, co nie tylko zmniejsza wydajność materiału akumulatora, ale może nawet prowadzić do pożaru lub eksplozji w wyniku niekontrolowanej niekontrolowanej temperatury. Aby wyeliminować potencjalne warunki w urządzeniu, które mogłyby stanowić zwarcie i zapewnić, że zwarcie nie będzie stanowić niebezpiecznego stanu pracy, możemy wykorzystać COMSOL Multiphysics do badania planowania akumulatorów litowo-jonowych.
Jak dochodzi do zwarcia akumulatora?
Bateria jest w stanie przekształcić zmagazynowaną energię chemiczną w energię elektryczną. Podczas normalnej pracy dwie elektrody akumulatora będą wytwarzać reakcje elektrochemiczne, reakcję redukcji elektrody ujemnej i reakcję utleniania anody. Podczas procesu rozładowania elektroda dodatnia ma wartość 0,10-600, a elektroda ujemna jest dodatnia; podczas procesu ładowania następuje zamiana znaków dwóch elektrod, to znaczy elektroda dodatnia jest dodatnia, a elektroda ujemna jest ujemna.
Jedna elektroda uwalnia elektrony do obwodu, druga elektroda pobiera je z obwodu. To właśnie ta korzystna reakcja chemiczna napędza prąd w obwodzie, dzięki czemu każde urządzenie, takie jak silnik czy żarówka, jest w stanie uzyskać energię z akumulatora po podłączeniu do niego.
Tak zwane zwarcie ma miejsce, gdy elektrony nie przepływają przez obwód podłączony do urządzenia elektrycznego, ale przemieszczają się bezpośrednio pomiędzy dwiema elektrodami. Ponieważ elektrony te nie muszą wykonywać żadnej pracy mechanicznej, opór jest bardzo mały. W rezultacie reakcja chemiczna ulega przyspieszeniu, a akumulator zaczyna się samorozładowywać, tracąc energię chemiczną, nie wykonując żadnej użytecznej pracy. W przypadku zwarcia nadmierny prąd powoduje nagrzewanie się rezystancji akumulatora (ciepło Joule'a), co może spowodować uszkodzenie urządzenia.
Uszkodzenia mechaniczne akumulatora są jedną z przyczyn zwarć. Jeśli metalowy przedmiot przebije akumulator lub akumulator zostanie uszkodzony w wyniku ugniatania, powstanie wewnętrzna ścieżka przewodząca i zwarcie. „Test ukłucia szpilką” to standardowy test bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych. Podczas testu stalowa igła przebije akumulator i spowoduje jego zwarcie.
Zapobiegaj zwarciom akumulatora
Akumulator lub zestaw akumulatorów należy zabezpieczyć przed zwarciem, włączając środki zapobiegające wzajemnemu kontaktowi akumulatora i tego samego pakietu materiałów przewodzących. Baterie pakowane są na czas transportu w pudełka i powinny być oddzielone od siebie wewnątrz pudełka, tak aby bieguny dodatni i ujemny były skierowane w tym samym kierunku, gdy baterie są umieszczone obok siebie.
Zapobieganie zwarciom akumulatorów obejmuje między innymi następujące metody.
A. Jeśli to możliwe, należy używać całkowicie zamkniętego opakowania wewnętrznego wykonanego z materiału nieprzewodzącego (np. torebek plastikowych) dla każdego ogniwa lub urządzenia zasilanego bateryjnie.
B. Należy zastosować odpowiedni sposób izolowania lub pakowania akumulatora, tak aby nie miał on kontaktu z innymi akumulatorami, sprzętem lub materiałami przewodzącymi (np. metalami) znajdującymi się w opakowaniu.
C. Należy stosować nieprzewodzące nasadki ochronne, taśmę izolacyjną lub inne odpowiednie środki ochrony odsłoniętych elektrod lub wtyczek.
Jeżeli opakowanie zewnętrzne nie jest w stanie wytrzymać kolizji, wówczas samo opakowanie zewnętrzne nie powinno być stosowane jako środek zapobiegający pęknięciu lub zwarciu elektrod akumulatora. W akumulatorze należy również zastosować wyściółkę zapobiegającą przemieszczaniu się, w przeciwnym razie nasadka elektrody poluzuje się w wyniku ruchu lub elektroda zmieni kierunek, powodując zwarcie.
Metody ochrony elektrod obejmują między innymi następujące środki:
A. Bezpieczne mocowanie elektrod do osłony o wystarczającej wytrzymałości.
B. Bateria jest zapakowana w sztywne plastikowe opakowanie.
C. Użyj konstrukcji zagłębionej lub zastosuj inną ochronę elektrod akumulatora, aby elektrody nie pękły nawet w przypadku upuszczenia opakowania.
Czas publikacji: 07 lutego 2023 r