Científicos estadounidenses mejoran el diseño de baterías de litio para resolver problemas internos de cortocircuito

Recientemente, investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de los Estados Unidos dijeron que han desarrollado un dispositivo de cortocircuito interno y han solicitado con éxito la protección por patente. El disyuntor puede simular los defectos internos que pueden hacer que la temperatura de las baterías de iones de litio aumente y, finalmente, provocar una pérdida de calor. El objetivo principal de la investigación y el desarrollo del disyuntor de cortocircuito interno es determinar la causa raíz del aumento de temperatura y la pérdida de calor de la batería de iones de litio mediante la simulación de los defectos internos de la batería de iones de litio y, finalmente, mejorar el diseño de la batería de iones de litio.

En el proceso de investigación y desarrollo, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de los Estados Unidos ha cooperado con la NASA en el proyecto. El contenido principal de la cooperación es desarrollar un interruptor de cortocircuito interno nuevo y más preciso mediante esfuerzos conjuntos, para predecir el comportamiento de seguimiento después de un cortocircuito de la batería. Finalmente, se puede establecer un mecanismo de seguridad correspondiente al diseñar una sola batería o pila de baterías. Hasta ahora, los primeros productos del proyecto de interruptor de cortocircuito interno anterior se han aplicado con éxito al Laboratorio Nacional de Energía Renovable, la NASA y los fabricantes de baterías de litio. A través de los productos de disyuntores de cortocircuito internos anteriores, los usuarios pueden ayudar eficazmente a conocer el impacto de los defectos internos de la batería y las soluciones correspondientes.

El problema de cortocircuito en las baterías de litio generalmente es causado por muchos factores, el más fundamental de los cuales es causado por algunos pequeños defectos internos. Por ejemplo, si se agrega accidentalmente una pequeña cantidad de material extraño a la batería durante el proceso de fabricación, la batería tendrá algunos defectos internos.

El disyuntor interno del Laboratorio Nacional de Energía Renovable en los Estados Unidos no solo puede predecir el rendimiento de la batería, sino también evitar que el entorno circundante afecte a la batería y cause pérdida de calor. Si ocurre un problema de cortocircuito dentro de la celda, limitar la pérdida de calor a una celda reducirá efectivamente el daño a toda la batería. El uso de disyuntores internos puede ayudar a los fabricantes de baterías de litio a optimizar sus estructuras de batería para minimizar la pérdida de calor de toda la batería. Entre las medidas comúnmente utilizadas para optimizar el diseño de las estructuras de la batería se incluyen la adición de barreras protectoras entre las unidades de celdas, asegurando las limitaciones de pérdida de celdas y el establecimiento de un mecanismo preventivo especial entre las conexiones de energía de las celdas.

El nuevo disyuntor interno es un diseño revolucionario para las medidas actuales de cortocircuito interno. En la actualidad, las medidas que pueden promover activamente el cortocircuito interno de la batería incluyen principalmente la perforación de un clavo, la perforación de una varilla dura, la batería de impacto, la adición de voltaje inverso a la batería y el aumento de la temperatura de la batería. Como estructura construida en la parte interna de la batería, se encuentra que el dispositivo de cortocircuito interno puede simular efectivamente el defecto interno de la batería. Al mismo tiempo, mediante la aplicación del disyuntor interno, se puede estudiar experimentalmente el cortocircuito interno de la batería sin dañar la estructura externa de la batería.

En comparación con las medidas tradicionales de cortocircuito interno, el dispositivo de cortocircuito interno es una especie de interruptor de gestión del calor que está completamente integrado en el interior de la batería. Su proceso de trabajo es bastante fiable y también bastante controlable. También se puede colocar en cualquier posición dentro de la batería y también puede simular los cuatro métodos de cortocircuito, incluido el cortocircuito electrodo-electrodo, cortocircuito electrodo-cátodo, cortocircuito electrodo-ánodo y cortocircuito cátodo-ánodo. Los diferentes métodos de cortocircuito corresponden a diferentes reacciones.

La estructura interna del nuevo dispositivo de cortocircuito interno consta de un pequeño disco de cobre y aluminio, una bola de cobre, separador de polietileno o polipropileno y una capa de película de cera (el grosor de la película de cera es equivalente al diámetro de un ALAMBRE de cabello ). Después de colocar el disyuntor de cortocircuito interno en la batería, la película de cera en la superficie del disyuntor de cortocircuito interno se puede derretir calentando el disyuntor de cortocircuito interno, de modo que las partes metálicas dentro del cortocircuito puedan contactarse entre sí y eventualmente desencadenar el cortocircuito. Después de que ocurre un cortocircuito dentro de la batería, los sensores dispuestos dentro y fuera de la batería comienzan a trabajar para registrar la reacción posterior de la batería.

El problema de la película de cera es la investigación adicional sobre el interruptor de cortocircuito interno. La temperatura de fusión de la parafina es de 30 ° C -150 ° C, pero los investigadores encontraron que el material de parafina utilizado en los disyuntores de cortocircuito internos anteriores no es lo suficientemente flexible como para romperse y puede romperse por esta razón durante la inserción en la batería. Al final, los investigadores optaron por utilizar parafina microcristalina, que es más resistente y se usa ampliamente en aplicaciones no industriales como cosméticos y lacas para el cabello. Mezclando la parafina microcristalina anterior con parafina ordinaria, podemos obtener materiales de parafina que cumplen con los requisitos del interruptor de cortocircuito interno en cuanto a adhesión, flexibilidad y dureza.

Hasta ahora, Keyser y su equipo han realizado investigaciones sobre la tecnología de interruptores de cortocircuito internos durante más de cinco años. Ahora está negociando con varios fabricantes de baterías sobre temas específicos de cooperación comercial cuyo objetivo final es promover la amplia gama de aplicaciones de sus interruptores de cortocircuito internos.

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable de los Estados Unidos declaró que continuará manteniendo la cooperación con la NASA en la seguridad de las baterías aeroespaciales. Al mismo tiempo, cada vez más fabricantes de baterías han comenzado a aceptar el uso de los nuevos interruptores de cortocircuito internos mencionados anteriormente. Además de los disyuntores internos, los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable en los Estados Unidos también han adoptado varios modelos y varias herramientas de simulación para estudiar de manera integral la seguridad de las baterías en múltiples niveles físicos. A nivel molecular, el diseño óptimo de la superficie del electrodo de la batería puede reducir eficazmente la descomposición del electrodo y los correspondientes problemas de generación de gas. A nivel de batería, la tendencia del cambio de presión interna se obtiene mediante simulación.

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