احتمالا تا کنون با اخبار آتش‌سوزی خودروهای الکتریکی روبه‌رو شده‌اید. عامل اصلی این حوادث، احتراق باتری‌های لیتیوم یون بکار رفته در خودرو بیان می‌شود. اما چرا باتری خودروهای الکتریکی و یا وسایل الکترونیک دچار آتش‌سوزی می‌شوند.
در حین شارژ یک باتری لیتیوم-یون، یون‌های لیتیوم در داخل باتری از سمت قطب مثبت به سمت قطب منفی حرکت می‌کنند و در داخل ساختار مواد فعال آندی جایگیری می‌کنند. اما در شرایط خاص مانند کارکرد در دمای پایین، سرعت انتقال یون‌های لیتیوم کاهش می‌یابد. در نتیجه یون‌های لیتیوم در نزدیکی سطح الکترود تجمع می‌کنند. در شرایط شارژ سریع نیز اتفاق مشابهی در باتری رخ می‌دهد. این شرایط منجر به رشد لیتیوم بصورت فلزی بر سطح مواد فعال و با ساختار تیز و تیغه‌ای شکل می‌شود.
تصویر دندریت های لیتیوم رشد یافته بر سطح
اتصال کوتاه در باتری
در صورت تکرار این فرآیند و افزایش ابعاد تیغه‌های لیتیومی، امکان عبور آن از لایه‌ی جداکننده‌ی باتری و یا سوراخ کردن آن وجود دارد. با توجه به آنکه این تیغه‌ها فلزی و رسانا هستند، در صورت رسیدن به قطب مثبت باتری، امکان ایجاد اتصال کوتاه را دارند. تماس دو قطب باتری شارژ شده می‌تواند منجر به انتقال سریع جریان و افزایش شدید دمای داخل باتری شود. با توجه به استفاده از مایعات حلال الکترولیت که اغلب دمای اشتعال پایینی دارند، امکان ایجاد آتش‌سوزی در باتری بالا می‌رود. بعلاوه اغلب مواد بکار رفته در باتری در اثر قرارگیری در دمای بالا و قابلیت انجام واکنش‌های ثانویه و تولید گرمای مضاعفی را دارند. در ادامه نیز با انتقال گرما از یک سلول باتری به سایر سلول‌های موجود در پک باتری، آتش به کل وسیله‌ی نقلیه یا تجهیزات الکترونیک سرایت می‌کند.
در ویدئوی منتشر شده توسط شرکت CATL، می‌توان نحوه‌ی تشکیل و ساختار ظاهری تیغه‌های لیتیوم را مشاهده کرد. از جمله راهکار‌های مناسب برای جلوگیری از رسوب دندریت لیتیوم بر سطح مواد قطب منفی، استفاده از ساختارهای سه‌بعدی گرافیت است. این مواد با ایجاد مسیرهای بیشتری برای انتقال یون لیتیوم، از تجمیع آن‌ها بر سطح جلوگیری می‌کنند و از ایجاد تیغه‌های لیتیوم ممانعت به عمل می‌آورند. استفاده از سیستم مدیریت باتری نیز با رصد و کنترل روند شارژ هر یک از سلول‌های باتری می‌تواند از ایجاد شرایط اورپتانسیل (Overpotential) و ایجاد فشار ولتاژی بیشتر بر باتری و رسوب فلزی جلوگیری کند.
برای ارجاع به منبع خبر، کلیک نمایید.
بیشتر بخوانید:
