Od sadašnjih drumskih vozila do budućih elektrificiranih aviona, sigurnost i pouzdanost sistema za skladištenje energije je kritična za sve aplikacije baterija. Pre ulaska na tržište, svi sistemi baterija prolaze temeljne preglede i sertifikate kako bi se potvrdilo da bezbedno rade u rutinskim i ekstremnim uslovima, uključujući fluktuirajuće temperature, ponovljeno punjenje i pražnjenje i čitav niz ciklusa vožnje.
„Da bi osigurali bezbednost baterija, proizvođači moraju da dizajniraju sisteme baterija koji ublažavaju rizike tokom najgorih scenarija“, rekao je Donal Finegan iz NREL-a, viši naučnik u NREL-ovoj grupi za skladištenje elektrohemijske energije. Katastrofalni kvarovi za pojedinačne ćelije su retki, ali baterije koje sadrže hiljade ćelija povećavaju ukupan rizik.
Ekstremne temperature zbog kvara jedne ćelije mogu dovesti do toplotnog bijega, paljenja opasnih i toksičnih požara koji se šire po čitavom baterijskom paketu.
Toplotna sigurnost je u srcu istraživanja baterija Nacionalne laboratorije za obnovljivu energiju (NREL). Naučnici iz laboratorije pružaju iscrpnu termičku karakterizaciju sistema baterija, gledajući dalje od industrijskog standardnog procesa sertifikacije za prolaz/neuspeh da bi razumeli šta se tačno dešava u strukturama baterija pre, tokom i posle kvara.
Kako potražnja za baterijama nastavlja da raste, stručnjaci NREL-a su posvećeni razvoju novih pristupa za identifikaciju potencijalnih opasnosti od baterija i ubrzanje istraživanja bezbednosti baterija širom zemlje.
Studija objavljena u Nature Communications nudi novu tehniku za predviđanje varijabilnosti ponašanja toplotnog bežanja, na osnovu prethodnih istraživanja NREL-a koja su otkrila korelacije između izbačene mase ćelije i stvaranja toplote.
Tradicionalno, termička karakterizacija se oslanja na naprednu opremu i mogućnosti—kao što su frakcioni toplotni kalorimetri—kako bi se obezbedila precizna termalna merenja potrebna za određivanje toplotne snage tokom kvara baterije i efikasno dizajniranje bezbednih i laganih baterija.
Međutim, ova oprema nije široko dostupna, što ove procene čini skupim i dugotrajnim i sprečava brzo unošenje novih tipova ćelija u baterije.
Pristupačniji proces za inovacije u ranoj fazi omogućio bi istraživačima da razumeju rizike potencijalnih ćelija i brže uvedu optimizovane dizajne baterija, zadovoljavajući potražnju potrošača za brže punjenje, povećan domet vozila i produžen životni vek.
„Ova studija predlaže pojednostavljeno rešenje“, rekao je Pol Gasper iz NREL-a, koautor članka u časopisu i viši naučnik u NREL-ovoj grupi za skladištenje elektrohemijske energije. „Iako postoji širok spektar načina na koje baterije mogu otkazati, naši modeli pokazuju korelaciju između određenih karakteristika kvara.
Najnovije istraživanje NREL-a uspešno je pokazalo kako se racionalizovana, jeftina merenja, kao što je izbačena masa tokom termičkog bekstva, mogu koristiti za precizno predviđanje složenih termičkih ponašanja za nove tipove ćelija koje obično zahtevaju skupa kalorimetrijska merenja.
„Kompanije bilo koje veličine mogu koristiti ovaj informirani pristup“, rekao je Finegan. „Iako i dalje preporučujemo korišćenje kalorimetra za zvanično testiranje bezbednosti, ovaj pristup može pomoći da se suzi najsigurnije opcije baterija za vaše specifikacije pre nego što se pređe na tu fazu istraživanja.
Da bi dizajnirali ovaj proces, istraživači su iskoristili merenja kalorimetrije iz komercijalnih litijum-jonskih ćelija dostupnih u bazi podataka o kvaru baterije otvorenog pristupa koju su kreirali NREL i NASA.
Kao najveća javna baza podataka koja sadrži informacije o ćelijama koje su podvrgnute termičkom bekstvu, banka podataka o kvaru baterije obezbedila je visokokvalitetne i robusne podatke potrebne za obuku modela mašinskog učenja da identifikuje koji tipovi baterija pokazuju predvidljive karakteristike kvara.
Ovaj novi pristup će osnažiti inovatore za skladištenje energije da precizno i brzo procene bezbednosne rizike novih dizajna baterija uz minimalne troškove i trud.
Brže i lakše metode za procenu ovih termičkih karakteristika će ponovo pokrenuti istraživačku zajednicu baterija, ujedinjujući proizvođače i dizajnere sistema u našem zajedničkom cilju da obezbedimo bezbednost baterijskih paketa sledeće generacije za aplikacije kao što su elektrificirani transport i skladištenje na mreži.
