पृष्ठभूमि

एक मॉड्यूल का थर्मल प्रसार निम्नलिखित चरणों का अनुभव करता है: सेल थर्मल दुरुपयोग के बाद गर्मी संचय, सेल थर्मल रनवे और फिर मॉड्यूल थर्मल रनवे। एकल कोशिका से थर्मल पलायन प्रभावशाली नहीं है; हालाँकि, जब गर्मी अन्य कोशिकाओं में फैलती है, तो प्रसार एक डोमिनोज़ प्रभाव पैदा करेगा, जिससे पूरे मॉड्यूल का थर्मल पलायन होगा, जिससे भारी ऊर्जा जारी होगी। चित्र 1दिखाओयह थर्मल रनअवे परीक्षण का परिणाम है। अप्रतिरोध्य प्रसार के कारण मॉड्यूल में आग लग गई है।

किसी कोशिका के अंदर की ऊष्मा चालकता अलग-अलग दिशाओं के अनुसार अलग-अलग होगी। तापीय चालकता का गुणांक दिशा में अधिक होगासमानांतरएक सेल के रोल कोर के साथ; जबकि रोल कोर की ऊर्ध्वाधर दिशा में कम चालकता होती है। इसलिए कोशिकाओं के बीच अगल-बगल से थर्मल प्रसार टैब से कोशिकाओं तक फैलने की तुलना में तेज़ होता है। इसलिए प्रसार को एक-आयामी प्रसार के रूप में देखा जा सकता है। चूँकि बैटरी मॉड्यूल उच्च ऊर्जा घनत्व के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, कोशिकाओं के बीच की जगह छोटी होती जा रही है, जिससे थर्मल प्रसार खराब हो जाएगा। इसलिए, मॉड्यूल में गर्मी के प्रसार को दबाना या अवरुद्ध करना एक माना जाएगाप्रभावखतरों को कम करने का एक तरीका। 

एक मॉड्यूल में थर्मल रनवे को दबाने का तरीका

हम थर्मल भगोड़े को सक्रिय या निष्क्रिय रूप से रोक सकते हैं।

सक्रिय दमन

सक्रिय थर्मल प्रसार दमन ज्यादातर थर्मल प्रबंधन प्रणाली पर आधारित है, जैसे:

1) मॉड्यूल के नीचे या भीतरी किनारों पर कूलिंग पाइप सेट करें, और कूलिंग तरल भरें। शीतलक द्रव के प्रवाह से प्रसार प्रभावी रूप से कम हो सकता है।

2) मॉड्यूल के शीर्ष पर अग्नि शमन पाइप स्थापित करें। जब थर्मल भगोड़ा होता है, तो बैटरी से निकलने वाली उच्च तापमान वाली गैस प्रसार को दबाने के लिए पाइपों को बुझाने वाले स्प्रे के लिए प्रेरित करेगी।

हालाँकि, थर्मल प्रबंधन के लिए अतिरिक्त घटकों की आवश्यकता होती है, जिससे लागत अधिक होती है और ऊर्जा घनत्व कम होता है। ऐसी भी संभावना है कि प्रबंधन प्रणाली प्रभावी न हो.

निष्क्रिय दमन

निष्क्रिय दमन तापीय भगोड़ा कोशिकाओं और सामान्य कोशिकाओं के बीच रुद्धोष्म सामग्री के माध्यम से प्रसार को अवरुद्ध करके काम करता है।

आम तौर पर सामग्री में ये विशेषताएं होनी चाहिए:

1. कम तापीय चालकता। यह गर्मी फैलने की गति को कम करने के लिए है।
2. उच्च तापमान प्रतिरोध। सामग्री को उच्च तापमान के तहत घुलना नहीं चाहिए और थर्मल प्रतिरोध की क्षमता खोनी नहीं चाहिए।
3. कम घनत्व. इसका उद्देश्य आयतन-ऊर्जा दर और द्रव्यमान-ऊर्जा दर के प्रभाव को कम करना है।

आदर्श सामग्री इस बीच गर्मी को फैलने से रोक सकती है और साथ ही गर्मी को अवशोषित भी कर सकती है।

सामग्री पर विश्लेषण

• airgel

एयरजेल को "सबसे हल्की गर्मी इन्सुलेशन सामग्री" के रूप में नामित किया गया है। यह गर्मी इन्सुलेशन में अच्छा प्रदर्शन करता है और हल्के वजन का होता है। थर्मल प्रसार सुरक्षा के लिए बैटरी मॉड्यूल में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। एयरजेल कई प्रकार के होते हैं, जैसे सिलिकॉन डाइऑक्साइड एयरजेल, एयरजेल, ग्लास फाइबर एयरजेल और प्री-ऑक्सीडाइज्ड फाइबर। विभिन्न सामग्रियों की एयरगेल हीट इन्सुलेशन परत थर्मल रनवे पर विभिन्न प्रभाव डालती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि तापीय चालकता गुणांक की विविधता, जो इसकी सूक्ष्म संरचना से अत्यधिक संबंधित है। चित्र 2 जलने से पहले और बाद में विभिन्न सामग्रियों की एसईएम उपस्थिति दिखाता है।

शोध से पता चलता है कि हालांकि फाइबर हीट इन्सुलेशन की कीमत कम है, लेकिन गर्मी के प्रसार को रोकने का प्रदर्शन एयरजेल सामग्री से भी बदतर है। विभिन्न प्रकार की एयरजेल सामग्रियों में, प्री-ऑक्सीडाइज्ड फाइबर एयरजेल सबसे अच्छा प्रदर्शन करता है, क्योंकि यह जलने के बाद संरचना को बनाए रखता है। सिरेमिक फाइबर एयरजेल गर्मी इन्सुलेशन में भी अच्छा प्रदर्शन करता है।

• चरण परिवर्तन सामग्री

चरण परिवर्तन सामग्री का उपयोग भंडारण गर्मी के कारण थर्मल भगोड़े प्रसार को दबाने के लिए भी व्यापक रूप से किया जाता है। वैक्स एक सामान्य पीसीएम है, जिसमें स्थिर चरण परिवर्तन तापमान होता है। थर्मल के दौरानभगोड़ा, गर्मी बड़े पैमाने पर जारी होती है। इसलिए पीसीएम हाई होना चाहिएप्रदर्शनगर्मी को अवशोषित करने का. हालाँकि, मोम में कम ऊष्मा चालकता होती है, जो ऊष्मा अवशोषण को प्रभावित करेगी। इसके प्रदर्शन को बढ़ावा देने के लिए, शोधकर्ता मोम को अन्य सामग्रियों के साथ मिलाने का प्रयास करते हैं, जैसे धातु के कण जोड़ना, पीसीएम को लोड करने के लिए धातु फोम का उपयोग करना, जोड़नाग्रेफाइट, कार्बन नैनो ट्यूब या विस्तारित ग्रेफाइट, आदि। विस्तारित ग्रेफाइट थर्मल रनवे के कारण होने वाली लौ को भी रोक सकता है।

थर्मल रनवे को रोकने के लिए हाइड्रोफिलिक पॉलिमर भी एक प्रकार का पीसीएम है। सामान्य हाइड्रोफिलिक पॉलिमर सामग्री हैं: कोलाइडल सिलिकॉन डाइऑक्साइड, संतृप्त कैल्शियम क्लोराइड समाधान,टेट्राइथाइल फॉस्फेट, टेट्राफिनाइल हाइड्रोजन फॉस्फेट, एसओडियम पॉलीएक्रिलेट, वगैरह।

•  संकर सामग्री

यदि हम केवल एरोजेल पर निर्भर रहेंगे तो थर्मल पलायन को रोका नहीं जा सकता है। सफलतापूर्वक करने के लिएबचानेगर्मी, हमें पीसीएम के साथ एयरजेल को संयोजित करने की आवश्यकता है।

संकर सामग्री के अलावा, हम विभिन्न दिशाओं में विभिन्न तापीय चालकता गुणांक के साथ बहु-परत सामग्री का निर्माण भी कर सकते हैं। हम मॉड्यूल से गर्मी को बाहर निकालने के लिए उच्च तापीय चालकता सामग्री का उपयोग कर सकते हैं, और थर्मल प्रसार को प्रतिबंधित करने के लिए कोशिकाओं के बीच गर्मी इन्सुलेशन सामग्री डाल सकते हैं।

निष्कर्ष

तापीय भगोड़ा प्रसार को नियंत्रित करना एक जटिल विषय है। कुछ निर्माताओं ने गर्मी फैलने से रोकने के लिए कुछ समाधान बनाए हैं, लेकिन लागत और ऊर्जा घनत्व पर प्रभाव को कम करने के लिए वे अभी भी कुछ नया खोज रहे हैं। हम अभी भी नवीनतम शोध पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। कोई नहीं है“सुपर सामग्री” जो थर्मल रनवे को पूरी तरह से रोक सकता है। सर्वोत्तम समाधान प्राप्त करने के लिए कई प्रयोगों की आवश्यकता होती है।