Son yirmi yılda, lityum iyon piller olağanüstü performanslarından dolayı telefonlar, dizüstü bilgisayarlar ve taşınabilir güç kaynakları gibi taşınabilir cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek enerji yoğunluğu, uzun çevrim ömrü, minimal hafıza etkisi ve kontrol edilebilir şekil tasarımı nedeniyle tercih ediliyorlar ve insanların yaşamlarında oynadıkları rol son derece önemli.
Sadece bu da değil, son beş yılda lityum iyon piller hibrit elektrikli araçlar (HEV'ler), fişli hibrit elektrikli araçlar ve elektrikli araçlar için de en iyi güç kaynağı olarak kabul edildi. Ancak lityum iyon piller büyük kolaylık sağlarken bazı potansiyel tehlikeleri de beraberinde getiriyor ve zaman zaman yanma ve patlamadan kaynaklanan kazalar da meydana geliyor.
Lityum-iyon piller insanların hayatında giderek daha önemli bir yer edinirken, güvenlik performansları da giderek daha fazla dikkat çekiyor. Burada lityum iyon pillerin neden en güvenilir enerji kaynaklarımızdan biri olmaya devam ettiğini ve güvenli kalmalarını sağlamak için neler yapıldığını tartışacağız.
İçindekiler
Lityum iyon piller neden günlük hayatımızın ayrılmaz bir parçasıdır?
Lityum iyon pil güvenliği sorunları
Lityum iyon pil güvenlik performansı değerlendirme endeksi
Lityum-iyon pil güvenliğini iyileştirme stratejileri
Pil kullanımı ve bakım önerileri
Lityum iyon piller neden günlük hayatımızın ayrılmaz bir parçasıdır?
19. yüzyılın sonlarından 20. yüzyılın başlarına kadar bilim ve teknolojinin ilerlemesi ve endüstriyel gelişmeye duyulan ihtiyaçla birlikte elektrik enerjisi insanlar için vazgeçilmez bir enerji kaynağı haline gelmiştir. Uzun zamandır elektrik enerjisini verimli bir şekilde depolayabilen, kapasitörleri deneyen, basınçlı hava enerji depolaması, sıvı hava enerji depolaması vb. cihazları araştırıp geliştirdik ve sonunda kimyasal pillere karar verdik.
En eski kimyasal bataryanın izi 19. yüzyıldaki kurşun-asit bataryaya kadar uzanabilir. Daha sonra 200 yıllık sürekli gelişimin ardından lityum iyon pil doğdu. Yüksek enerji yoğunluğu, yüksek çevrim ömrü, düşük çevre kirliliği ve diğer faktörler nedeniyle lityum iyon piller hızla dünya çapında en yaygın kullanılan pil haline geldi.
Lityum-iyon piller artık çeşitli alanlarda, özellikle enerji, iletişim, bilimsel araştırma, havacılık ve yeni gelişen endüstrilerde kullanılıyor. İstatistiklere göre, 2016 yılında Çin'in lityum iyon pil pazar kapasitesi 65.4 GWh idi ve sonraki beş yıl içinde 324.0'de 2021 GWh'ye ulaştı. 2016 ile 2020 arasında Çinli lityum pil şirketlerinin küresel pazar payı 50'den 73'ye yükseldi. % ila %70. Daha sonra salgının etkisiyle yüzde XNUMX’lere düştü.
Lityum iyon pil güvenliği sorunları
Üretim sürecindeki tehlikeler
Lityum son derece aktif kimyasal özelliklere sahiptir, bu nedenle üretim sürecinde lityum iyon pillerin elektrot malzemesi ve elektroliti iç sıcaklık arttıkça güvenlik tehlikesi oluşturur. Öte yandan, elektrolit sisteminin kullanılması, organik solventin ayrışma voltajının düşük olması nedeniyle kolayca oksitlenebilir, bu da pilin alev almasına ve hatta bir sızıntı meydana gelmesi durumunda patlamasına neden olur. Ayrıca elektrot malzemesinin yapısı ve diyafram veya elektrolit seçimi vb. ek güvenlik sorunları oluşturabilir.
Kullanım sırasındaki güvenlik riskleri
Lityum iyon piller kullanım sırasında güvenlik riskleri de oluşturur. Örneğin kullanım sırasında aşırı şarj ve deşarj, pilin iç yapısına zarar vererek pilin akmasına, yangına ve diğer sorunlara yol açabilir. Ancak pil yönetim sistemi (BMS) teknolojisinin sürekli gelişmesi ve olgunlaşmasıyla bunların gerçekleşmesi pek mümkün görünmüyor. Ayrıca lityum iyon pilin sıkışması, delinmesi veya darbe alması durumunda pilin iç yapısı zarar görebilir ve benzer sorunlara yol açabilir.
Geri dönüşüm sırasındaki güvenlik riskleri
Lityum iyon pillerin geniş çapta uygulanmasıyla birlikte kullanımdan kaldırılan pillerin sayısı da her geçen yıl artıyor. Kullanım dışı bırakılan pillerin geri dönüşümü sırasında pillerden kobalt, nikel gibi zehirli maddeler sızarak çevre ve insan sağlığını tehdit edebilir. Pilin iç yapısının hasar görmesi veya kalan elektrik enerjisinin açığa çıkması durumunda yangın olasılığı da artar.
Lityum iyon pil güvenlik performansı değerlendirme endeksi
Aşağıda, çeşitli derecelendirmelerin ne anlama geldiğini daha iyi anlamak için lityum iyon pillerin güvenlik değerlendirme endeksine göz atacağız:
IEC62133 lityum iyon piller ve piller için güvenlik testi standardının yanı sıra alkalin veya asidik olmayan elektrolitler içeren ikincil piller ve pillerin test edilmesine yönelik güvenlik gereksinimidir. Taşınabilir elektroniklerde ve diğer uygulamalarda kullanılan LiB'leri test etmek için kullanılır. IEC62133, tüketiciler ve çevre için tehdit oluşturabilecek kimyasal ve elektriksel tehlikelerin yanı sıra titreşim ve şok gibi mekanik sorunları ele alır.
UN/DOT38.3 (T1-T8 testi ve UNST/SG/AC.10/11/Rev.5 olarak da bilinir) daha genel olarak LIB'ler, lityum metal piller ve piller için tüm nakliye güvenliği testlerini kapsar. Test standardı, tümü belirli taşıma tehlikelerine odaklanan sekiz testten (T1-T8) oluşur. UN/DOT38.3, bağımsız üçüncü taraf testleri gerektirmeyen bir kendi kendini sertifikalandırma standardıdır ancak üçüncü taraf test laboratuvarlarının kullanımı, bir kaza durumunda dava riskini azaltmak için yaygındır.
IEC62619 ikincil lityum piller ve pil paketlerine ilişkin güvenlik standartlarını kapsar ve elektronik ve diğer endüstriyel uygulamalarda LIB'ye yönelik güvenlik uygulaması gerekliliklerini belirtir. IEC62619 standardı test gereksinimleri sabit ve dinamik uygulamalar için uygundur. Sabit uygulamalar arasında telekomünikasyon, kesintisiz güç kaynakları (UPS), elektrik enerjisi depolama sistemleri, yardımcı anahtarlar, acil durum güç kaynakları ve benzeri uygulamalar yer alır. Güç uygulamaları arasında forkliftler, golf arabaları, otomatik yönlendirmeli araçlar (AGV'ler), demiryolları ve gemiler bulunur, karayolu araçları hariçtir.
UL1642 elektronik ürünlerde güç kaynağı olarak kullanılan birincil ve ikincil lityum pillere ilişkin standart gereklilikleri belirten, lityum pil güvenliğine ilişkin UL standardıdır. Teknik kapsam, sıradan kullanıcılar tarafından kullanılanların yanı sıra profesyonel teknisyenler tarafından kullanılan lityum pilleri de kapsar. Profesyonel teknisyenler tarafından kullanılan lityum piller, birim pil başına 5 gram veya daha az lityum metali içermeli, tüketici kullanımına yönelik pillerdeki içerik ise 1 gramı geçmemelidir. Bu standartları aşan piller, pilin amaçlanan amaç için kullanılıp kullanılamayacağının belirlenmesi için daha fazla inceleme ve test yapılmasını gerektirir. UL1642, lityum pillerin yutulması veya pilin hasar görmesi veya kesilmesi nedeniyle lityum metale maruz kalma nedeniyle oluşan toksisite riskini kapsamaz.
UL2580 elektrikli araçlara yönelik UL akü güvenlik standardıdır ve aşağıdakiler de dahil olmak üzere bir dizi testten oluşur: yüksek akımlı akü kısa devresi, akü sıkışması ve akü hücresi sıkışması (dikey)
Lityum-iyon pil güvenliğini iyileştirme stratejileri
Lityum-iyon piller elektrikli araçlarda, enerji depolama sistemlerinde, tüketici elektroniğinde ve diğer ürünlerde yaygın olarak kullanılmaktadır ve güvenlikleri doğrudan insan hayatıyla ilgilidir. Termal kaçak, patlama vb. nedenlerden kaynaklanan akü kazaları ciddi can kayıplarına ve mal kayıplarına yol açabilir.
Lityum iyon pillerin güvenliğiyle ilgili son gelişmelerden bazıları şunlardır:
Yeni teknoloji gelişmeleri
Ecovolta'nın, bir sorun ortaya çıktığında hatalı aküleri akü paketinin geri kalanından otomatik olarak ayıran akü konektörlerinden oluşan elektrolitik nikel kaplı soğuk haddelenmiş şeridi gibi yeni güvenlik teknolojilerinin tanıtılması, kazaların önlenmesine yardımcı olur. Ayrıca pil paketlerinin yapısal tasarımları, dış darbelere dayanmalarına yardımcı olmak için daha güçlü malzemeler ve yüksek mukavemetli paketleme teknolojisiyle sürekli olarak geliştiriliyor.
Pil yönetim sistemlerini (BMS) optimize edin, pil paketinin durumunun gerçek zamanlı izlenmesini güçlendirin, anormallikleri zamanında tespit edip yönetin. Ek olarak, termal kaçak riskini azaltmak amacıyla pozitif elektrotlar, negatif elektrotlar ve elektrolitlerdeki iyileştirilmiş bileşimler gibi daha güvenli pil malzemeleri sürekli olarak geliştirilmekte ve uygulanmaktadır.
Diğer stratejiler, pilin termal stabilitesini artırmak için ince film elektrotların, silikon anotların ve diğer yeni teknolojilerin kullanılması gibi pil tasarımını optimize etmeyi içerir. Pozitif ve negatif elektrotlar arasına alev geciktirici malzemeler, patlamaya dayanıklı diyaframlar vb. eklenmesi gibi akü koruma cihazlarının arttırılması, aynı zamanda kısa devre ve termal kaçağın etkisinin azaltılmasına da yardımcı olur.
Bilimsel araştırma
Genel olarak lityum iyon pillerin çoğu, poliolefin membranlardan, sıvı organik elektrolitlerden (vinil karbonat, dietil karbonat ve dimetil karbonat dahil), lityum tuzlarından ve pozitif ve negatif elektrotlardan oluşur. Diyaframın ve elektrolitin düşük termal stabilitesi ve yanıcılığı, genellikle lityum iyon pillerin yanması ve patlamasının ana nedenleri olarak kabul edilir. Bu nedenle lityum iyon pillerin diyafram ve elektrolitler açısından güvenliğinin arttırılması büyük önem taşımaktadır. Bir yandan araştırmacılar, fosfat bazlı sıvı alev geciktiricilerin eklenmesiyle elektrolitlerin yanıcılığında önemli bir azalma elde edebilir ve lityum pillerin elektrokimyasal performansını geliştirebilirler. Yüksek sıcaklıklarda üretilen fosfor-oksijen radikalleri, yanmayı sonlandırmak için yanma sonucu üretilen serbest radikalleri aktif olarak yakalayabilir. Öte yandan araştırmacılar, membranların termal stabilitesini ve gözenekliliğini geliştirmek için yaygın olarak kullanılan, lityum iyon pillere daha yüksek güvenlik performansı ve mükemmel elektrokimyasal performans sağlayan önemli sayıda inorganik bazlı membran geliştirdiler.
Ses geri dönüşüm sistemleri
Daha önce de belirttiğimiz gibi, lityum iyon pillerin geniş çapta uygulanmasıyla birlikte kullanımdan kaldırılan pillerin sayısı da her geçen yıl artıyor ve sağlam bir lityum iyon pil geri dönüşüm sisteminin kurulması, pillerin akılcı kullanımı açısından büyük önem taşıyor. kaynaklar, çevrenin korunması ve yeni enerji endüstrisinin gelişiminin teşvik edilmesi. Hizmet dışı bırakılmış bir lityum iyon pil sisteminin inşası, pil depolama ve taşıma yönetimi, geri dönüşüm teknolojisi araştırma ve geliştirmesi, pil tasarımı, yeni bir kaynak sisteminin kurulması, tanıtım ve yaygınlaştırma dahil olmak üzere birçok hususu içerir. Bireyler için, güvenli geri dönüşüm yönergelerini, pillerin tehlikesine ilişkin bir anlayışla ve pillerin düzenlemelere uygun şekilde geri dönüştürülmesinin güvenli uygulamasıyla desteklemek de önemlidir.
Lityum iyon piller üretim, kullanım ve geri dönüşüm süreci sırasında belirli güvenlik riskleri oluştursa da, üretim sürecini optimize ederek, rehberlik ve denetim kullanımını güçlendirerek ve sağlam bir geri dönüşüm ve işleme sistemi kurarak güvenlikleri etkili bir şekilde artırılabilir. Gelecekte, teknolojinin sürekli ilerlemesi ve yeni malzemelerin uygulanmasıyla birlikte, lityum iyon pillerin güvenlik performansının daha da geliştirilerek hayatımıza daha fazla kolaylık ve güvenlik getireceğine inanılmaktadır.
Pil kullanımı ve bakım önerileri
Doğru şarj: Şarj etmek için akünün orijinal veya aküye uygun şarj cihazlarını kullanın, uyumsuz şarj cihazları kullanmaktan kaçının. Şarj etmeden önce pilin tamamen boşalmasına izin vermeyin; Pil %20'nin altına düştüğünde şarj etmeyi deneyin. Şarj ederken, varsa yavaş şarjı seçin ve pil ömrünü uzatmak için hızlı şarjdan kaçının.
Doğru kullanım: Akünün aşırı ısınmasını önlemek için uzun süre yüksek yükte çalıştırmaktan kaçının. Normal kullanımda pil uygun sıcaklıkta tutulmalı ve pil yüksek veya düşük sıcaklıklara maruz bırakılmamalıdır. Ayrıca pil performansının düşmesine neden olmamak için pili uzun süre hareketsiz bırakmaktan kaçının.
Depolama: Pili uzun bir süre kullanmayı düşünmüyorsanız, kuru ve serin bir ortamda (yüksek veya düşük sıcaklık koşullarına sahip bir ortama karşı) saklayın. Pil ömrünün uzatılmasına yardımcı olmak için, depoya kaldırıldığında pil gücü yaklaşık %50 olmalıdır.
Aşırı şarj ve deşarjdan kaçının: Pili %100'e kadar şarj etmeyin veya %0'a kadar boşalmasına izin vermeyin; %20-80 aralığında tutmaya çalışın. Aşırı şarj ve deşarj pil ömrünü kısaltabilir.
Pil performansını düzenli olarak kontrol edin: Pil ömrünün önemli ölçüde azaldığını veya performansının düştüğünü fark ederseniz pili kontrol edin veya gerektiği şekilde değiştirin.
Daha fazla ticari çözüm, sektöre genel bakış ve iş fikirlerine ilişkin yeni bakış açıları için abone olmayı unutmayın. Chovm.com'da Okunanlar.
