アメリカの科学者は、内部短絡の問題を解決するためにリチウム電池の設計を改善します

最近、米国エネルギー省の国立再生可能エネルギー研究所の研究者は、内部短絡装置を開発し、特許保護の申請に成功したと述べました。回路ブレーカーは、リチウムイオン電池の温度を上昇させ、最終的に熱損失を引き起こす可能性のある内部欠陥をシミュレートできます。内部短絡遮断器の研究開発の主な目的は、リチウムイオン電池の内部欠陥をシミュレートすることにより、リチウムイオン電池の温度上昇と熱損失の根本原因を特定し、最終的にリチウムイオン電池の設計を改善することです。リチウムイオン電池。

研究開発の過程で、米国の国立再生可能エネルギー研究所は、プロジェクトでNASAと協力しました。協力の主な内容は、バッテリーが短絡した後のフォローアップ動作を予測するために、共同の取り組みを通じて、新しくより正確な内部短絡ブレーカーを開発することです。最後に、単一のバッテリまたはバッテリスタックを設計するときに、対応するセキュリティメカニズムを確立できます。これまでのところ、上記の内部短絡ブレーカープロジェクトの最初の製品は、国立再生可能エネルギー研究所、NASA、およびリチウム電池メーカーに正常に適用されています。上記の内部短絡ブレーカー製品を通じて、上記のユーザーがバッテリーの内部欠陥の影響と対応する解決策を学ぶのに効果的に役立ちます。

リチウム電池の短絡問題は通常、多くの要因によって引き起こされますが、その最も根本的な問題は、いくつかの小さな内部欠陥によって引き起こされます。たとえば、製造過程で誤って少量の異物がバッテリーに追加された場合、バッテリーに内部欠陥が発生します。

米国の国立再生可能エネルギー研究所の内部回路ブレーカーは、バッテリーの性能を予測できるだけでなく、周囲の環境がバッテリーに影響を与えて熱損失を引き起こすのを防ぐこともできます。セル内で短絡の問題が発生した場合、熱損失を1つのセルに制限すると、バッテリー全体の損傷を効果的に減らすことができます。内部回路ブレーカーの使用は、リチウム電池メーカーが電池構造を最適化して、電池全体の熱損失を最小限に抑えるのに役立ちます。バッテリ構造の設計を最適化するために一般的に使用される手段には、セルユニット間に保護バリアを追加すること、セル損失の制限を確保すること、およびセル電源接続間に特別な防止メカニズムを確立することが含まれます。

新しい内部サーキットブレーカは、現在の内部短絡対策のための革新的な設計です。現在、バッテリーの内部短絡を積極的に促進することができる対策には、主に釘の穿刺、ハードロッドの穿刺、衝撃バッテリー、バッテリーへの逆電圧の追加、およびバッテリーの温度の上昇が含まれます。バッテリーの内部に組み込まれた構造として、内部短絡装置がバッテリーの内部欠陥を効果的にシミュレートできることがわかります。同時に、内部サーキットブレーカを適用することにより、バッテリーの外部構造を損傷することなく、バッテリーの内部短絡を実験的に調べることができます。

従来の内部短絡対策と比較して、内部短絡装置は、バッテリーの内部に完全に組み込まれている一種の熱管理スイッチです。その作業プロセスは非常に信頼性が高く、また非常に制御可能です。また、バッテリー内の任意の位置に配置でき、電極-電極短絡、電極-カソード短絡、電極-アノード短絡、およびカソード-アノード短絡を含む4つの短絡方法すべてをシミュレートすることもできます。異なる短絡方法は、異なる反応に対応します。

新しい内部短絡装置の内部構造は、小さな銅アルミニウムディスク、銅ボール、ポリエチレンまたはポリプロピレンセパレーター、およびワックスフィルムの層で構成されています（ワックスフィルムの厚さは髪のワイヤーの直径に相当します） ）。内部短絡ブレーカーをバッテリーに配置した後、内部短絡ブレーカーを加熱することで内部短絡ブレーカーの表面のワックス膜を溶かし、短絡内部の金属部品が互いに接触し、最終的には接触できるようにします。短絡を引き起こします。バッテリー内部で短絡が発生すると、バッテリーの内側と外側に配置されたセンサーが動作を開始し、バッテリーのその後の反応を記録します。

ワックスフィルムの問題は、内部短絡ブレーカーに関するさらなる研究です。パラフィンの溶融温度は30°C〜150°Cですが、研究者は、上記の内部短絡ブレーカーに使用されているパラフィン材料は、破壊するのに十分な柔軟性がなく、このためバッテリーへの埋め込み中に破壊される可能性があることを発見しました。結局、研究者たちは微結晶パラフィンを使用することを選択しました。これは、より弾力性があり、化粧品やヘアスプレーなどの非産業用途で広く使用されています。上記の微結晶パラフィンを通常のパラフィンと混合することにより、内部短絡ブレーカーの接着性、柔軟性、硬度の要件を満たすパラフィン材料を得ることができます。

これまで、Keyserと彼のチームは、5年以上にわたって内部短絡ブレーカー技術の研究を行ってきました。現在、さまざまなバッテリーメーカーと特定の商業協力の問題について交渉しており、その最終的な目標は、内部短絡ブレーカーの幅広いアプリケーションを促進することです。

米国の国立再生可能エネルギー研究所は、航空宇宙バッテリーの安全性に関してNASAとの協力を継続すると述べました。同時に、ますます多くのバッテリーメーカーが上記の新しい内部短絡ブレーカーの使用を受け入れ始めています。米国の国立再生可能エネルギー研究所の研究者は、内部回路ブレーカーに加えて、さまざまなモデルとさまざまなシミュレーションツールを採用して、複数の物理レベルでバッテリーの安全性を包括的に研究しています。分子レベルでは、バッテリー電極表面の最適な設計により、電極の分解とそれに対応するガス発生の問題を効果的に減らすことができます。バッテリーレベルでは、内圧変化の傾向がシミュレーションによって得られます。

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