Mis on leegiaeglustavad materjalid?
Mulle helistas eelmisel kuul Ohios pakkide kokkupanija. Tema klient soovis teada, miks nende laokindlustus tõusis pärast liitiumelementide ladustamist 40%. Kinnitaja viitas termilisele põgenemisele. Kokkupanija küsis minult, mida ta võiks neile elektrolüütide ohutuse kohta öelda. Ma ütlesin talle sama, mida räägin kõigile. Teie rakkudes olevad karbonaatlahustid põlevad. Küsimus on selles, mida sa sellega teed.
Elektrolüüt moodustab võib-olla 10-15% raku massist. Etüleenkarbonaat, dimetüülkarbonaat, etüülmetüülkarbonaat. Need on tööhobused. Nad lahustavad hästi liitiumisoolasid. Nad lasevad ioonidel kiiresti liikuda. Samuti on neil leekpunktid vahemikus 30-40 kraadi. Torgatud kotirakk võib seesmiselt lüüa 200 kraadi vähem kui minutiga. Matemaatika pole keeruline.
Fosforiühendid ilmusid akude elektrolüütidesse umbes 2003. aastal. Trimetüülfosfaat oli esimene, mida inimesed tõsiselt proovisid. See vabastab kuumaks muutudes PO-radikaale. Need radikaalid haaravad vesiniku leegi esiosast ja sulgevad põlemisahelreaktsiooni. Saate lühendada iseenesliku-kustutusaega 50+ sekundilt grammi kohta ühekohalise numbrini. Kompromiss on viskoossus. Fosfaadid paksendavad elektrolüüti. Ioonide juhtivus langeb. Kaotate määramisvõime.
Rakke hankivate ettevõtete jaoks küsige omaliitiumaku tootjaelektrolüütide valmistamine peaks praegu olema tavapraktika. Maastik on alates 2020. aastast muutunud. Hiina rakkude tootjad tarnivad nüüd tooteid fosfaat-estri segudega, millel on samad leegi omadused kui Jaapani elementidel, mida müüdi viis aastat tagasi kaks korda odavamalt. Zhangjiagang Guotai{4}}Huarong tarnib elektrolüüte mitmele suuremale elemenditootjale. Ohutuse täiustused on liikunud allavoolu.
Fluoriühendid tulid hiljem. Hüdrofluoroeetrid. Fluoritud karbonaadid nagu FEC ja FEMC. Molekuli karkassi fluoriaatomid häirivad radikaalide levikut teisiti kui fosfor. Tulemused on head. Kulud ei ole. Fluoritud materjalid jooksevad endiselt 3–5 korda rohkem kui tavaliste karbonaatide eest makstavad. Ma tean mehi, kes määravad need 5–10% piiresse lihtsalt selleks, et jõuda ohutusläveni, ilma oma materjaliarvet hävitamata.
Ioonsed vedelikud said palju pressi 2015.-2018. aasta paiku. Nullilähedane aururõhk. Ei sütti ühegi tavalise kuritarvitamise stsenaariumi korral. Käisin Münsteri laboris, mis oli nendega kuus aastat töötanud. Teadlane näitas mulle rakke, mis elasid üle 200 kraadise välise kuumutamise ilma õhutamata. Ta ütles mulle ka, et nad maksavad ioonse vedeliku eest 85 eurot kilogrammi kohta. Kaubanduslikud EC/DMC segud maksavad alla 4 €/kg. Majandus tappis selle autotööstuse jaoks. Mõned kosmosealased rakendused suudavad selle kulu kanda. Enamik ei saa.
Geelpolümeerelektrolüüdid kasutavad teistsugust lähenemist. Lõksate vedela faasi polümeermaatriksisse. PVDF-HFP on levinud. Mõned rühmad toodavad fosforit otse polümeeri karkassi. Leegiaeglustus muutub struktuurseks. Qingdao ülikooli teadlased avaldasid eelmisel aastal töö fosfaseeni külgahelatega polüimiidsüsteemide kohta. Isekustumisajad-alla 5 sekundi. Piisavalt kõrge mehaaniline tugevus, et aeglustada dendriidi kasvu. Väljakutse on tootmine. Geelelektrolüütide rull-{12}}rull-{13}}kate ei ole nii küps kui vedel täidis.
Hinnates akohandatud liitiumaku tarnijatööstuslike rakenduste puhul küsige ohutuse kohta konkreetseid küsimusi. Mis on teie elektrolüüdi koostise SET? Millise kontsentratsiooniga leegiaeglustavat lisandit kasutate? Kas saate esitada koonuse kalorimeetria andmeid? Mõned rakutootjad jagavad seda teavet. Teised käsitlevad seda varalisena. Esmaklassiliste kaubamärkide standardsetes autoelementides on tavaliselt 12{4}}18% fosfaadipõhist lisandit.
Tööstus testib leegiaeglustit mitmel viisil. Isekustutamine- on kiireim aeg. Pärast süüteallika eemaldamist süüdate proovi ja määrate, kui kaua see põleb. Piirav hapnikuindeks näitab minimaalset O2 kontsentratsiooni, mis on vajalik põlemise säilitamiseks. UL 2054 ja IEC 62133 määravad valmis lahtrite jaoks läbimise/ebaõnnestumise kriteeriumid. Hiina GB 38031-2020 nõuab 5-minutilist hoiatusaega, enne kui termiline levik jõuab paki külgnevate rakkudeni. Selle spetsifikatsiooni täitmine nõuab sageli leegiaeglustavaid elektrolüüte.
Tagasikutsumised lükkasid selle teema esiplaanile. GM tõmbas alates 2021. aastast tagasi 140 000 Bolti elektriautot. Hyundai kutsus Kona Electricsi tagasi. Ford lükkas välgu tootmise edasi. Algpõhjused olid erinevad. Mõned olid tootmisdefektid. Mõned olid raku disaini probleemid. Kõik need panid OEM-i ostuosakonnad esitama raskemaid küsimusi. Ükskõik millineliitiumaku OEM-partnerautotööstuses kvalifitseerumise katsed seisavad nüüd silmitsi soojusohutuse dokumentatsiooni suurema kontrolliga kui 2019. aastal.
Materjalikulud annavad mastaapselt kokku reaalse raha. 60 kWh autopakk sisaldab ligikaudu 40-50 kg elektrolüüti sõltuvalt elemendi formaadist ja laadimisest. 15% leegiaeglusti lisamine hinnaga 15 $/kg tähendab 90-110 $ paki kohta. Rakkude taseme kulud on Hiinast pärit odavaimate LFP prismaelementide puhul langenud alla 100 $/kWh. See leegiaeglusti moodustab umbes 1,5% elemendi maksumusest. Hankemeeskonnad vaidlevad sentide üle kWh kohta. See ei ole senti.
Ettevõtetele, kes loovad suhteid aliitiumaku mooduli kokkupanemise pakkuja, jäetakse elektrolüüdi spetsifikatsioon varajastes aruteludes sageli tähelepanuta. Inimesed keskenduvad läbilaskevõimele, tsükli kestusele ja C-määrale. Leegiaeglustus ilmneb hiljem, tavaliselt siis, kui lõpptarbija küsib ohutusdokumente. Selleks ajaks on lahtri kujundus lukustatud. Erineva elektrolüüdi koostise tagantjärele paigaldamine võib muuta impedantsi, mahtuvust ja vananemisomadusi. Parem on eelnevalt täpsustada.
Uurimistorustikus on huvitav töö. Lokaliseeritud suure kontsentratsiooniga-elektrolüütide puhul kasutatakse fosfaatlahusteid, mis on lahjendatud mittesüttivate fluoritud eetritega. Fosfaatide leegiaeglustuse saavutate traditsiooniliste karbonaatide viskoossuse ja juhtivusega. Argonne on selle kohta avaldanud. Mitmed Hiina ülikoolide rühmad töötavad variatsioonide kallal. Kaubanduslik kättesaadavus on autoklassi jaoks tõenäoliselt 2-3 aastat.
Tahkis{0}}elemendid lahendaksid tuleohtlikkuse probleemi täielikult. Keraamilised ja sulfiidelektrolüüdid ei põle. Samuti ei eksisteeri neid veel autotööstuses. CATL, Samsung SDI, Toyota ja QuantumScape on viimaste teadaannetega lükanud oma kindla{4}oleku ajakava 2–4 aasta võrra edasi. Ükskõik millineliitiumaku ohutuslahenduste pakkujaütleb teile, et leegiaeglustavad vedelad elektrolüüdid jäävad enamiku rakenduste jaoks praktiliseks lahenduseks vähemalt aastani 2028.
Töötasin selle probleemiga erinevates rollides viisteist aastat. Tehnoloogia on paranenud. Kulud on langenud. Rakupõlenguid juhtub ikka. Neid juhtub harvemini kui kümme aastat tagasi ja tänapäeval salvestavad rakud rohkem energiat kui rakud tol ajal. Tööstus liikus õiges suunas. Tööd on rohkem.
