Враховуємо нагрів в проектуванні літій-іонних акумуляторів

  1. Привід для занепокоєння
  2. Як нагрів впливає на літій-іонні акумулятори?
  3. Удосконалення конструкції літій-іонного акумулятора за допомогою імітаційного моделювання
  4. Заключні думки - тепер ваша черга

Управління температурним режимом - важлива частина в роботі літій-іонних акумуляторів, яку необхідно враховувати. За допомогою імітаційного моделювання ви можете проаналізувати як теплота переміщається всередині джерела енергії і тим самим процес проектування.

Привід для занепокоєння

Незважаючи на те, чуєте ви чи ні назва постійно, літій-іонні акумулятори виразно грають активну роль в підтримці вашого щоденного спілкування. Ці легкі, акумуляторні батареї зазвичай використовуються в різноманітній споживчій електроніці, в тому числі ноутбуках і стільникових телефонах. З їхньою високою щільністю енергії, літій-іонні акумулятори стали навіть використовувати в промисловості і транспортуванні.

Літій-іонний акумулятор із стільникового телефону
Літій-іонний акумулятор із стільникового телефону. ( "NOKIA® Battery" автор Kristoferb. Ліцензія Creative Commons Атрибуція - На тих же умовах 3.0 через Вікісховища .)

У міру того як росте використання цих пристроїв, збільшується і занепокоєння з приводу їх безпеки. Як згадувалося в попередній статті блогу , Самозаймання літій-іонного акумулятора на борту нового Boeing 787 Dreamliner, викликане перегрівом, призвело до відсторонення від польотів всіх літаків Dreamliner. У минулому році Design News повідомили про перегрів літій-іонних акумуляторів всередині автомобілів Міцубісі (прочитати про це можна тут ).

Два різних заголовка зачіпають одну загальну проблему - вплив нагріву на безпеку і довговічність літій-іонних акумуляторів.

Як нагрів впливає на літій-іонні акумулятори?

Щоб вирішити цю проблему, важливо зрозуміти її передумови.

Давайте почнемо з конструкції акумулятора. Літій-іонний акумулятор складається з двох електродів і неводного електроліту , Який дозволяє іонам переміщатися. Під час зарядки, іони літію рухаються з катода по електроліту і потім їх захоплює кристалічна структура анода на основі вуглецю. Коли акумулятор розряджений, відбувається процес зворотний описаного і ці іони перетікають назад, приводячи до протилежного потоку електричного струму. Крім того вони призводять та схему пристрою в дію.

Згідно з цим процесу, який схожий на перебіг електричного струму по дроту, з'являється внутрішній опір в електроліті, що призводить до джоулева нагрівання. У проектуванні літій-іонного акумулятора важливо те, що це тепло досить швидко поширюється, так що осередок не нагрівається настільки сильно, щоб розпадатися. Як зазначено в цьому звіті про моделювання літій-іонного акумулятора , Реакція розпаду є екзотермічної. Це означає, що коли процес починається, температура буде продовжувати рости і живити реакцію розпаду - явище відоме як теплової розгін акумулятора. Це поширення тепла може бути потенційним джерелом пожежної небезпеки.

Удосконалення конструкції літій-іонного акумулятора за допомогою імітаційного моделювання

За допомогою пакета COMSOL Multiphysics ви можете візуалізувати і краще розібратися в розподіл температури всередині літій-іонного акумулятора. Модель Теплове моделювання циліндричного літій-іонного акумулятора з модуля Акумулятори та паливні елементи об'єднує теплопередачу з хімією літій-іонного акумулятора і потоком іонів. Інтерфейс сполучених теплопередачі використовується для дослідження охолодження повітря цієї тривимірної теплової моделі літій-іонного акумулятора.

Складові термальною моделі
Складові термальною моделі.

Модель нижче показує температуру акумулятора і напрямку потоку після 1500 секунд зарядки. Найвища температура зосереджена в активній речовині акумулятора близько торця, який є термічно ізольованим. Таким чином, ця область осередки більш схильна до старіння і деградації.

Розподіл температури всередині літій-іонного акумулятора
Розподіл температури всередині літій-іонного акумулятора.

Заключні думки - тепер ваша черга

Імітаційне моделювання є корисним інструментом в оптимізації проектування літій-іонних акумуляторів. У міру аналізу того як тепло поширюється під час роботи акумулятора, дослідники і виробники можуть поліпшити характеристики акумулятора і знайти шлях до більш безпечної і довговічної технології.

Скачайте файли моделі моделюйте самі: Теплове моделювання циліндричного літій-іонного акумулятора в тривимірному просторі

Як нагрів впливає на літій-іонні акумулятори?
Новости