Είναι οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης ασφαλέστερες από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου;

ΕκτάριοΜπαταρίες στερεάς κατάστασηςΑσφαλέστερες από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου;
Να γιατί η απάντηση είναι ναι

Οι πυρκαγιές μπαταριών κάνουν την είδηση. Ένα drone συντρίβεται, το πακέτο LiPo αναφλέγεται και ξαφνικά υπάρχει πλάνα από κάτι που υποτίθεται ότι ήταν ένα εργαλείο ακριβείας που μετατρέπεται σε μικρό κίνδυνο πυρκαγιάς. Για τους χειριστές UAV που παρακολουθούν αυτά τα περιστατικά, το ερώτημα γίνεται προφανές: υπάρχει μπαταρία που δεν το κάνει αυτό;

Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης δεν το κάνουν αυτό — τουλάχιστον όχι για τους ίδιους λόγους. Η κατανόηση του γιατί απαιτεί μια γρήγορη ματιά στο τι πραγματικά προκαλεί φωτιά στις μπαταρίες ιόντων λιθίου και πώς ο σχεδιασμός στερεάς κατάστασης αφαιρεί αυτή την αιτία αντί να τη διαχειρίζεται απλώς.

ΓιατίΜπαταρίες ιόντων λιθίουΑρπάζω φωτιά

Ο κίνδυνος ασφάλειας στις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου και πολυμερών λιθίου ανάγεται σε ένα μόνο συστατικό: τον υγρό ηλεκτρολύτη.

Οι υγροί ηλεκτρολύτες είναι οργανικοί διαλύτες — ενώσεις που μεταφέρουν ιόντα λιθίου μεταξύ των ηλεκτροδίων κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση. Κάνουν αυτή τη δουλειά αποτελεσματικά. Είναι επίσης εύφλεκτα σε θερμοκρασίες που μπορούν να φτάσουν τα κύτταρα της μπαταρίας υπό συνθήκες κατάχρησης.

Η επικίνδυνη ακολουθία - θερμική φυγή - λειτουργεί έτσι. Κάτι πιέζει την κυψέλη πέρα ​​από το εύρος ασφαλούς λειτουργίας της: μια σκληρή συντριβή, ένα εσωτερικό κατασκευαστικό ελάττωμα που προκαλεί βραχυκύκλωμα, υπερφόρτιση πέρα ​​από το ανώτατο όριο ασφαλούς τάσης ή παρατεταμένη θερμότητα. Η θερμοκρασία των κυττάρων αυξάνεται. Πάνω από ένα όριο, ο υγρός ηλεκτρολύτης αρχίζει να αποσυντίθεται, απελευθερώνοντας εύφλεκτο αέριο. Αυτό το αέριο δημιουργεί πίεση μέσα στην κυψέλη. Όταν η κυψέλη εξαερίζεται, το εύφλεκτο αέριο έρχεται σε επαφή με το οξυγόνο και αναφλέγεται. Τα γειτονικά κύτταρα θερμαίνονται από το φλεγόμενο κύτταρο, προκαλώντας την ίδια αντίδραση με τη σειρά. Η φωτιά εξαπλώνεται μέσα από την αγέλη.

Το σημαντικό πράγμα που πρέπει να καταλάβετε για τη θερμική διαφυγή είναι ότι μόλις ξεκινήσει, είναι αυτοσυντηρούμενο. Δεν υπάρχει σημείο παρέμβασης όπου η μπαταρία «αποφασίζει» να σταματήσει. Η αντίδραση συνεχίζεται μέχρι να εξαντληθεί το καύσιμο.

Τι αλλάζει ο σχεδιασμός στερεάς κατάστασης σχετικά με αυτό

Μπαταρίες στερεάς κατάστασηςαντικαταστήστε τον υγρό οργανικό ηλεκτρολύτη με ένα στερεό υλικό — κεραμικό, πολυμερές ή θειούχο βάση, ανάλογα με το συγκεκριμένο σχέδιο. Αυτή η υποκατάσταση αφαιρεί το εύφλεκτο συστατικό από το κελί.

Χωρίς εύφλεκτο ηλεκτρολύτη, η ακολουθία θερμικής διαφυγής δεν έχει πηγή καυσίμου. Ένα κύτταρο υπό πίεση μπορεί να υπερθερμανθεί και να αποτύχει. Μπορεί να χάσει χωρητικότητα, να χάσει τάση, να χάσει εντελώς τη λειτουργία. Αυτό που δεν μπορεί να κάνει είναι να συνεισφέρει το εύφλεκτο αέριο που ξεκινά την αυτοσυντηρούμενη αντίδραση πυρκαγιάς.

Αυτό δεν είναι θέμα να γίνει πιο δύσκολο να ενεργοποιηθεί η θερμική διαφυγή ή να προστεθεί καλύτερο κύκλωμα προστασίας γύρω από ένα ακόμα εύφλεκτο στοιχείο. Είναι μια δομική αφαίρεση της οδού αποτυχίας. Ο μηχανισμός που προκαλεί πυρκαγιές μπαταριών στη χημεία ιόντων λιθίου απλά δεν υπάρχει στη χημεία στερεάς κατάστασης.

Τι σημαίνει αυτό για πραγματικές λειτουργίες UAV

Για τους πιλότους drones και τους εμπορικούς χειριστές, οι πρακτικές συνέπειες είναι συγκεκριμένες.

Η αξιολόγηση μετά τη συντριβή είναι διαφορετική. Ένα κατεστραμμένο drone με κατεστραμμένο πακέτο LiPo αντιμετωπίζεται ως δυνητικός κίνδυνος πυρκαγιάς — το πακέτο μπορεί να είναι σταθερό ή μπορεί να είναι προς ανάφλεξη τα επόμενα 20 λεπτά. Ένα τρακαρισμένο drone με κατεστραμμένο πακέτο στερεάς κατάστασης έχασε τη λειτουργία της μπαταρίας, δεν απέκτησε δυνατότητα πυρκαγιάς.

Ο χειρισμός αποθήκευσης και μεταφοράς είναι διαφορετικός. Οι μπαταρίες LiPo ταξινομούνται ως επικίνδυνα υλικά για αποστολή λόγω κινδύνου πυρκαγιάς. Το ρυθμιστικό βάρος που δημιουργεί — ειδική συσκευασία, περιορισμοί μεταφοράς, τεκμηρίωση — υπάρχει λόγω του εύφλεκτου ηλεκτρολύτη. Το μειωμένο προφίλ ευφλεκτότητας των μπαταριών στερεάς κατάστασης αλλάζει αυτή την πορεία ταξινόμησης στις περισσότερες δικαιοδοσίες.

Οι ασφαλιστικές και κανονιστικές συνομιλίες είναι διαφορετικές. Οι αερομεταφορείς που αναζητούν έγκριση πτήσεων σε κατοικημένες περιοχές ή κρίσιμης σημασίας υποδομές αντιμετωπίζουν σκληρότερο έλεγχο όταν ο κίνδυνος πυρκαγιάς μπαταρίας είναι μέρος της ανάλυσης τρόπου αστοχίας. Η χημεία στερεάς κατάστασης αφαιρεί αυτόν τον τρόπο αστοχίας από το μοντέλο κινδύνου.

Η ειλικρινής προειδοποίηση

Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης δεν είναι εντελώς απρόσβλητες σε ζητήματα ασφάλειας. Η φυσική βλάβη μπορεί ακόμα να θέσει σε κίνδυνο την ακεραιότητα των κυττάρων. Ορισμένες χημικές χημικές ουσίες στερεών ηλεκτρολυτών - ιδιαίτερα υλικά με βάση το σουλφίδιο - αντιδρούν με την υγρασία για να παράγουν τοξικό αέριο εάν καταστραφούν σε υγρές συνθήκες. Και οι αστοχίες BMS μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα ανεξάρτητα από τη χημεία των ηλεκτρολυτών.

Αυτό που εξαλείφεται είναι ειδικά η θερμική οδός πυρκαγιάς. Αυτή είναι η επικίνδυνη λειτουργία αστοχίας στις μπαταρίες ιόντων λιθίου και έχει πραγματικά εξαφανιστεί από τη σχεδίαση στερεάς κατάστασης.

Μπαταρίες UAV στερεάς κατάστασης της ZYEBATTERY

Η ZYEBATTERY αναπτύσσει μπαταρίες ιόντων λιθίου στερεάς κατάστασης και UAV πολυμερούς λιθίου υψηλής απόδοσης για εμπορικές και βιομηχανικές εφαρμογές drone. Η βελτίωση της ασφάλειας από τη χημεία στερεάς κατάστασης δεν είναι οριακή — είναι αρχιτεκτονική. Για τους χειριστές UAV όπου ο κίνδυνος πυρκαγιάς μπαταρίας αποτελεί πραγματική επιχειρησιακή ανησυχία, αυτή η αρχιτεκτονική έχει σημασία.