Investigación del rango de temperatura de la batería de iones de litio

Como factor crítico, la temperatura tiene un impacto importante en el rendimiento de las baterías de iones de litio y también restringe el uso de baterías de iones de litio. De hecho, diferentes condiciones de temperatura contribuyen a diferentes efectos adversos. Para una gestión adecuada de la batería, la medición precisa de la temperatura dentro de las baterías de iones de litio y la comprensión de los efectos de la temperatura son fundamentales e importantes. El ión de litio es la tecnología de batería de vanguardia y seguirá haciéndolo en un futuro próximo, un gran mercado está esperando que la empresa lance una batería que pueda vencer al ión de litio en seguridad y rendimiento.

En este estudio se analizan los efectos de la temperatura en las baterías de iones de litio en rangos de temperatura bajos y altos.

¿Cuál es la temperatura de funcionamiento segura para la batería de iones de litio?

La temperatura de funcionamiento segura para la batería de iones de litio a la que se puede utilizar es de entre 10 ° C y 55 ° C, mientras que la carga de las baterías de iones de litio debe realizarse entre 5 ° C y 45 ° C.

El "daño" de la batería de litio cae a lo largo de un continuo multidimensional, dependiendo de qué tan lejos van las excursiones más allá de los límites prescritos y cuánto tiempo, así como si se está descargando o recargando, ya que se trata de reacciones químicas opuestas.

Algunas químicas de la batería son más tolerantes que los límites recomendados para algunas excursiones. Otros, como el litio, son mucho menos tolerantes, pero debido a su densidad de energía mucho mayor, la industria continúa con baterías de litio.

La fuga térmica es un riesgo muy real para el litio; esto es lo que sucede cuando las personas se refieren a baterías de litio que "explotan", que explotan no tanto en una metralla que vuela hacia afuera, sino en una quemadura extremadamente cálida que puede encender rápidamente otros materiales cercanos. . El riesgo existe hasta llegar a ese punto en el que la 'combustión' sostenida a altas temperaturas al rojo vivo que aún no se están quemando también puede encender los materiales circundantes. Este tipo de cosas, entre otros incidentes de litio, ha derribado aviones cargados con baterías de iones de litio en sus bodegas de carga.

Entonces, sí, no más de 45 ° C se considera el límite ideal para el litio durante la recarga, tal vez 50 ° C durante la descarga, pero muchos investigadores han visto que algunos de los dispositivos de batería de litio grandes más nuevos (como: Tesla Powerwall, menos glamorosos y generalmente utilizado para aplicaciones comerciales e industriales) seductoras capacidades de 50 ° C e incluso 55 ° C, lo que realmente asusta a los electrones vivos.

Asimismo, normalmente se recomienda no utilizarlo por debajo de 0 ° C, especialmente para la carga. Durante estos tiempos fríos se descarga, la resistencia interna de la propia batería calentará un poco la batería, lo cual es beneficioso.

No obstante, la carga solo debe realizarse a una temperatura de la batería de + 5 ° C a + 45 ° C. Mientras que el rango de temperatura de almacenamiento de las baterías está a temperatura ambiente y para garantizar que no haya una carga de refuerzo fuera de este rango, se utiliza un sensor de batería que ayuda a indicar los límites.

¿A qué temperatura explotan las baterías de iones de litio?

Normalmente, las baterías de iones de litio funcionan a temperaturas elevadas, pero una exposición prolongada al calor puede destruir la batería. La temperatura a la que explotan las baterías de iones de litio es de 1000 ° F, es decir, 538 ° C.

¿Por qué explotan las baterías de iones de litio?

La batería de iones de litio generalmente explota debido a un defecto de fabricación, pero el problema subyacente es que las baterías de iones de litio contienen mucha energía en un paquete compacto, por lo que se utilizan desde dispositivos hasta autos eléctricos Tesla en casi todo.

Una batería de iones de litio tiene una densidad de energía de aproximadamente 160 vatios hora por kilogramo (Wh / kg), aproximadamente el doble que una batería alcalina nueva o una batería NiCad recargable. Se basa en tres componentes principales para generar esta energía: el cátodo cargado negativamente hecho de óxido metálico, el ánodo cargado positivamente hecho de grafito y el electrolito líquido, un solvente que contiene sales de litio, que permite que la carga eléctrica pase entre los dos polos. .

El cátodo y el ánodo deben estar separados físicamente como dos alborotadores en el aula de una escuela deben estar separados. Con un separador de polietileno permeable, que puede tener un grosor de tan solo 10 micrones, las baterías de iones de litio hacen esto. Cuando las baterías están mejorando y los diseñadores se esfuerzan por meter más energía en un paquete más pequeño, el separador de plástico delgado está sujeto al límite.

De esta manera, el separador realmente se adelgazó y la batería se vuelve más vulnerable cuando eso sucede y, por lo tanto, el separador se rompe. Lo que en consecuencia, provoca un cortocircuito cuando el separador se rompe, lo que inicia un proceso llamado funcionamiento térmico de alguna manera. Esta es una de las principales formas en que comienzan los incendios, según Abraham. Los productos químicos dentro de la batería comienzan a calentarse, lo que permite que el separador se degrade aún más. Finalmente, la batería puede alcanzar temperaturas de más de 1,000 ° F. En ese punto, cuando se expone al oxígeno del aire, el electrolito inflamable puede encenderse o incluso explotar (la batería explota).

¿Estas fallas catastróficas significarán el fin de la batería de iones de litio, por poco comunes que sean? Pero al mismo tiempo, la seguridad es una preocupación, el diseño de la batería es solo uno de varios factores y al mejorar muchos otros factores como la densidad de energía, la vida útil de la batería y la eficiencia de la carga, las baterías de iones de litio aún se pueden usar y se continúa su estado de arte de la tecnología en baterías.

¿Afecta el calor a las baterías de iones de litio?

Sí, el calor afecta a las baterías de iones de litio, ya que el calor es el peor enemigo de las baterías.

Aunque, a altas temperaturas, los iones de litio funcionan bien, pero la exposición excesiva al calor limita su durabilidad. La generación de gas está sujeta a carga y descarga a temperaturas elevadas, lo que podría hacer que una celda cilíndrica se desborde y una celda de bolsa se hinche. Muchos cargadores prohíben cargar por encima de 50 ° C (122 ° F).

Algunos paquetes a base de litio se enfrían a altas temperaturas por el momento. Se refiere a las baterías de los instrumentos quirúrgicos que se esterilizan como parte del autoclave a 137 ° C (280 ° F) durante un máximo de 20 minutos. La perforación de petróleo y gas también expone la batería a altas temperaturas como parte del proceso de fracking.

Conclusión

Por lo tanto, se puede concluir que la temperatura es un factor clave que afecta la eficiencia dinámica de la batería de iones de litio y juega un papel importante para la larga vida útil de la batería de iones de litio si se usa de manera adecuada. El objetivo de este estudio fue investigar los efectos de la temperatura en las características dinámicas de las baterías de iones de litio. También se revela que, en condiciones de alta temperatura, la inconsistencia entre baterías se deterioraría agravando las diferencias de temperatura y voltaje.