Teknik analisis stabilitas termal untuk baterai EV untuk mendeteksi risiko kebakaran atau ledakan
Semiconductor

Teknik analisis stabilitas termal untuk baterai EV untuk mendeteksi risiko kebakaran atau ledakan


Sebuah gambar grafis yang menggambarkan peran elemen aluminium yang dapat mengurangi risiko kebakaran baterai pada NCA (nikel, kobalt, dan aluminium) yang banyak digunakan sebagai material anoda untuk kendaraan listrik. Kredit: Institut Sains dan Teknologi Korea (KIST)

Baru-baru ini, telah terjadi sejumlah insiden kebakaran baterai kendaraan listrik (EV). Tidak seperti baterai yang digunakan pada perangkat seluler kecil, seperti smartphone, paket baterai EV terdiri dari ratusan sel baterai, dan ketidakstabilan apa pun dapat menyebabkan korban jiwa dan kerusakan properti. Di tengah upaya untuk menentukan penyebab kebakaran baterai, peneliti Korea telah mengembangkan metode analisis baru untuk mengevaluasi stabilitas termal baterai EV.

Sebuah tim peneliti di Institut Sains dan Teknologi Korea (KIST) yang dipimpin oleh Dr. Wonyoung Chang dari Pusat Penelitian Penyimpanan Energi KIST dan Dr. Seung Min Kim dari Pusat Penelitian Bahan Komposit Karbon Cabang Jeonbuk membangun secara waktu nyata platform analisis untuk mengevaluasi stabilitas termal bahan katoda baterai menggunakan mikroskop elektron transmisi, di mana mereka telah mengidentifikasi mekanisme degradasi termal sesuai dengan perubahan komposisi kimia bahan katoda nikel tinggi untuk EV.

Bahan katoda dari baterai EV adalah salah satu faktor kunci yang menentukan kapasitas baterai dan juga jarak mengemudi. Katoda diproduksi dengan mencampurkan berbagai logam seperti nikel, kobalt dan aluminium atau nikel, mangan, dan kobalt sesuai dengan rasio pencampuran yang ditentukan, dan para peneliti dari perusahaan dan kalangan akademisi berusaha untuk menemukan rasio komposisi yang tepat untuk meningkatkan jarak mengemudi EV.

Bahan katoda mengandung nikel, dan terdapat korelasi positif antara kandungan nikel dengan kapasitasnya. Selain itu, karena nikel relatif lebih murah daripada kobalt, menambahkan lebih banyak nikel menurunkan biaya per unit baterai EV. Namun, kelemahan fatal nikel adalah mengurangi stabilitas baterai karena mudah bereaksi dengan lingkungan luar. Dalam kasus bahan katoda yang digunakan untuk EV generasi ketiga, yang saat ini sedang dikembangkan, kandungan nikel telah ditingkatkan menjadi 80% atau lebih tinggi, dan akibatnya penurunan stabilitas harus ditingkatkan untuk memastikan keamanan.

Kebakaran baterai terutama dipicu oleh reaksi eksotermik yang hebat antara bahan katoda berbasis oksida bermuatan dan cairan elektrolit yang mudah terbakar. Dengan demikian, tim peneliti di KIST berfokus pada permukaan katoda yang bersentuhan dengan elektrolit dan menerapkan berbagai metode mikroskop elektron transmisi (spektroskopi kehilangan energi elektron, difraksi elektron, dll.) Untuk pengamatan dan analisis dekat struktur kristal katoda dan perubahan kimia dalam konstituen yang dihasilkan dari peningkatan suhu. Hasilnya, dimungkinkan untuk mengidentifikasi penyebab penurunan stabilitas termal baterai berdasarkan komposisi kimia dari bahan katoda NCA (nikel, kobalt, aluminium) dan peran elemen penyusunnya untuk memastikan keamanan baterai.

Tim peneliti KIST mempelajari apakah peningkatan nikel dibandingkan dengan kandungan aluminium dalam bahan katoda NCA meningkatkan kapasitas baterai, tetapi menemukan bahwa hal itu secara signifikan mengurangi stabilitas termal di batas pengisian atas (reaksi 67% dari total ion lithium). Hasil analisis menunjukkan bahwa kurangnya aluminium yang ikut serta dalam reaksi redoks menyebabkan terbentuknya fasa baru (fasa O1) yang dapat menurunkan stabilitas termal selama proses pengisian. Permukaan fase tidak stabil baru ditemukan sebagai penyebab utama berkurangnya stabilitas termal.

Dr. Wonyoung Chang dari KIST berkata, “Ada serangkaian kebakaran EV di seluruh dunia, dan sumber api, dalam banyak kasus, adalah baterai. Studi ini menegaskan pentingnya desain komposisi kimia yang memastikan stabilitas termal dalam pengembangan. bahan katoda berkinerja tinggi. “

Dr. Seung Min Kim dari Cabang Jeonbuk KIST berkata, “Memastikan stabilitas termal bahan katoda tempat reaksi eksotermik dimulai adalah kunci untuk mempopulerkan EV. Teknik analisis lanjutan yang dikembangkan dalam studi ini akan membantu menentukan efek elemen dalam jumlah jejak dan pada gilirannya mengarah pada pengembangan bahan katoda berkinerja tinggi yang dijamin aman. ”


Wawasan baru tentang mekanisme kegagalan baterai lithium-ion


Informasi lebih lanjut:
Eunmi Jo et al, Mekanisme degradasi termal yang berbeda: Peran aluminium dalam bahan katoda berlapis kaya Ni, Energi Nano (2020). DOI: 10.1016 / j.nanoen.2020.105367

Disediakan oleh Dewan Riset Nasional Sains & Teknologi

Kutipan: Teknik analisis stabilitas termal untuk baterai EV untuk mendeteksi risiko kebakaran atau ledakan (2020, 4 Desember) diambil pada 4 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-thermal-stability-analysis-technique-ev. html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : http://54.248.59.145/