Tổng quan

Với ngày càng nhiều tai nạn do pin lithium-ion xảy ra, mọi người lo ngại hơn về hiện tượng thoát nhiệt của pin, vì hiện tượng thoát nhiệt xảy ra trong một tế bào có thể truyền nhiệt sang các tế bào khác, dẫn đến việc toàn bộ hệ thống pin phải ngừng hoạt động.

Theo truyền thống, chúng tôi sẽ kích hoạt hiện tượng thoát nhiệt bằng cách đốt nóng, ghim hoặc sạc quá mức trong quá trình thử nghiệm. Tuy nhiên, các phương pháp này không thể kiểm soát sự thoát nhiệt trong một ngăn cụ thể và cũng không thể dễ dàng thực hiện chúng trong quá trình thử nghiệm hệ thống pin. Gần đây người ta đang phát triển một phương pháp mới để kích hoạt sự thoát nhiệt. Thử nghiệm lan truyền trong IEC 62619: 2022 mới là một ví dụ và người ta ước tính rằng phương pháp này sẽ được sử dụng rộng rãi trong tương lai. Bài viết này nhằm giới thiệu một số phương pháp mới đang được nghiên cứu.

Bức xạ laze:

Bức xạ laser là làm nóng một khu vực nhỏ bằng xung laser năng lượng cao. Nhiệt sẽ được dẫn vào bên trong vật liệu. Bức xạ laser được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xử lý vật liệu, như hàn, kết nối và cắt. Thông thường có các loại laser như sau:

• CO₂laser: laser khí phân tử carbon dioxide
• Laser bán dẫn: Laser diode làm bằng GaAs hoặc CdS
• Laser YAG: Laser natri làm từ ngọc hồng lựu yttrium nhôm
• Sợi quang: laser làm từ sợi thủy tinh có chứa nguyên tố đất hiếm

Một số nhà nghiên cứu sử dụng tia laser có công suất 40W, bước sóng 1000nm và đường kính 1mm để thử nghiệm trên các tế bào khác nhau.

Chụp CT trên tế bào không được kích hoạt, có thể thấy rằng không có ảnh hưởng gì đến cấu trúc ngoại trừ lỗ trên bề mặt. Điều đó có nghĩa là tia laser có tính định hướng, công suất cao và khu vực gia nhiệt chính xác. Vì vậy laser là một cách tốt để thử nghiệm. Chúng ta có thể kiểm soát biến số và tính toán năng lượng đầu vào và đầu ra một cách chính xác. Trong khi đó, laser có ưu điểm là làm nóng và ghim, như làm nóng nhanh và dễ kiểm soát hơn. Laser có nhiều ưu điểm hơn như:

• Nó có thể kích hoạt sự thoát nhiệt và sẽ không làm nóng các tế bào lân cận. Điều này tốt cho hiệu suất tiếp xúc nhiệt

• Nó có thể kích thích sự thiếu hụt nội bộ

• Nó có thể cung cấp ít năng lượng và nhiệt hơn trong thời gian ngắn hơn để kích hoạt hiện tượng thoát nhiệt, giúp kiểm tra được kiểm soát tốt.

Phản ứng nhiệt nhôm:

Phản ứng thermite là làm cho Nhôm phản ứng với oxit kim loại ở nhiệt độ cao và nhôm sẽ chuyển thành nhôm oxit. Vì entanpy hình thành của oxit nhôm rất thấp (-1645kJ/mol) nên nó sẽ tỏa nhiều nhiệt. Vật liệu thermite khá sẵn có và công thức khác nhau có thể tạo ra lượng nhiệt khác nhau. Do đó, các nhà nghiên cứu bắt đầu thử nghiệm túi 10Ah bằng thermite.

Thermite có thể dễ dàng kích hoạt sự thoát nhiệt, nhưng đầu vào nhiệt không dễ kiểm soát. Các nhà nghiên cứu đang tìm cách thiết kế một lò phản ứng nhiệt kín và có khả năng tập trung nhiệt.

Đèn thạch anh công suất cao:

Lý thuyết: Đặt một đèn thạch anh công suất cao dưới một tế bào, dùng một tấm ngăn cách tế bào và đèn. Tấm cần được khoan một lỗ để đảm bảo dẫn năng lượng.

Thử nghiệm cho thấy nó cần công suất rất cao và thời gian dài để kích hoạt hiện tượng thoát nhiệt và nhiệt phân bố không đều. Lý do có thể là ánh sáng thạch anh không phải là ánh sáng định hướng và việc mất nhiệt quá nhiều khiến nó khó kích hoạt sự thoát nhiệt một cách chính xác. Trong khi đó năng lượng đầu vào không chính xác. Thử nghiệm thoát nhiệt lý tưởng là kiểm soát năng lượng kích hoạt và giảm giá trị đầu vào dư thừa để giảm ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm. Vì vậy chúng ta có thể rút ra kết luận rằng đèn thạch anh hiện tại không hữu ích.

Phần kết luận:

So sánh với phương pháp truyền thống kích hoạt sự thoát nhiệt của tế bào (như đốt nóng, nạp quá mức và xuyên thấu), truyền tia laser là cách hiệu quả hơn, với diện tích gia nhiệt nhỏ hơn, năng lượng đầu vào thấp hơn và thời gian kích hoạt ngắn hơn. Điều này góp phần mang lại nguồn năng lượng đầu vào hiệu quả cao trên diện tích hạn chế. Phương pháp này đã được IEC giới thiệu. Chúng ta có thể mong đợi rằng nhiều quốc gia sẽ xem xét phương pháp này. Tuy nhiên nó đặt ra yêu cầu cao đối với các thiết bị laser. Nó đòi hỏi nguồn laser thích hợp và các thiết bị chống bức xạ. Hiện tại chưa có đủ trường hợp để thử nghiệm thoát nhiệt, phương pháp này vẫn cần được kiểm chứng.