OQ-3 · B2 · Технология
Батареядағы жылу қалай тізбекті ақауға айналады?
Литий-ион ұяшығында жылу бөлінуі салқындаудан жылдам болса, температура өзін-өзі күшейтіп өсуі мүмкін. Бір ұяшықтың ыстығы көршісіне өтсе, ақау бүкіл батареяға таралады. Қауіпсіздік тек ақау ықтималдығын емес, оның таралуын да шектеуі керек.
Мәтін
Литий-ион батареясы көп энергияны шағын көлемде сақтайды. Бұл телефон, көлік және ғарыш аппараты үшін пайдалы. Бірақ энергия тығыздығы жоғары болғандықтан, ұяшық ішіндегі ақау қысқа уақытта көп жылу бөлуі мүмкін. Қауіп ұяшықтың қызуынан ғана емес, бөлінген энергияның қаншалық тез сыртқа шығатынынан да тәуелді.
Қалыпты кезде батарея шығарған жылу корпус пен салқындату жүйесі арқылы тарайды. Егер ішкі қысқа тұйықталу, сыртқы қыздыру немесе басқа ақау жылу түзілуін арттырса, температура көтеріледі. Жоғары температура жаңа экзотермиялық реакцияларды жеделдетеді. Олар тағы жылу бөледі. Жылу бөлінуі салқындаудан жылдам болған сәтте өзін-өзі күшейтетін жылулық үдеу басталады.
Бір ұяшықтың жылулық үдеуі бүкіл батареяның міндетті ақауы емес. Негізгі сұрақ - оның жылуы, ыстық газы немесе жалыны көрші ұяшыққа жете ме. Егер жетсе, көрші ұяшық та тұрақсыз күйге өтіп, таралу тізбегі пайда болуы мүмкін. Бұл құбылыс доминоға ұқсайды, бірақ әр қадам энергияның нақты берілуіне тәуелді.
Инженерлер екі бөлек мақсат қояды. Біріншісі - сапаны бақылау, электрлік қорғау және температураны басқару арқылы алғашқы ақаудың ықтималдығын азайту. Екіншісі - ақау бәрібір болса, ұяшықтар арасындағы жылу алмасуды, газ бағытын және электрлік байланысты басқарып, оның салдарын шектеу. Тек бірінші мақсатқа сену жеткіліксіз.
Тәуекелді зерттеу үшін калориметр ұяшық ақауы кезінде бөлінген жылуды өлшейді. Сынақтар әр ұяшықтың энергиясы, заряды және құрылымы бірдей нәтиже бермейтінін көрсетеді. Мысалы, екі үлгінің жалпы жылуы ұқсас болса да, энергияның босау жылдамдығы әртүрлі болуы мүмкін. Таралуды бағалау үшін жалпы энергиямен бірге оның уақыт бойынша бөлінуін білу қажет.
Зертхана нәтижесі дайын тұрмыстық нұсқаулық емес. Нақты қауіп батареяның химиясына, зарядына, ұяшықтардың арақашықтығына, қаптамасына және қолданылатын ортаға байланысты. Сондықтан бір температураны барлық батареяға ортақ қауіп шегі деп қабылдауға болмайды. Жақсы жобалау ақауды сирек етуге де, болған ақаудың келесі ұяшыққа өтуіне жол бермеуге де бағытталады.
Тапсырмалар
Жауаптарды интерактивті нұсқада орындаңыз. Бұл бет тапсырманың мазмұнын алдын ала көруге мүмкіндік береді.
- Негізгі шартЖылулық үдеу қашан өзін-өзі күшейтеді?
- Қауіп пен шараӘр әрекетті мәтіндегі мақсатына сәйкестендір.
- Энергияның босауын салыстыруЕкі ұяшық та ақау кезінде 100 шартты энергия бөлді. А ұяшығы оны 20 секундта, Ә ұяшығы 100 секундта бөлді. Басқа шарттар бірдей болса, мәтіндегі логика бойынша көршісін қысқа уақытта қатты қыздыру қаупі жоғарысы қайсы?
- Таралу тізбегіКезеңдерді мәтіндегі логикалық ретпен қой.
- Мәтіндегі бір сөзБос орынды мәтіндегі БІР СӨЗБЕН толтыр.
- Дұрыс, бұрыс, мәтінде айтылмағанӘр тұжырымды тек мәтін бойынша бағала.
Мәтін сөздігі
- энергия тығыздығыБелгілі бір массада немесе көлемде сақталған энергия мөлшері.
- ұяшықБатарея құрамындағы электр энергиясын сақтайтын жеке электрохимиялық бөлік.
- жылулық үдеуЖылу бөлінуі салқындаудан асып, температураның өзін-өзі күшейтіп өсуі.
- экзотермиялық реакцияЖүру кезінде қоршаған ортаға жылу бөлетін химиялық реакция.
- таралуАқаудың немесе оның энергиясының бір ұяшықтан келесісіне өтуі.
- калориметрҮдеріс кезінде бөлінген немесе сіңген жылуды өлшейтін аспап.
- салдарды шектеуҚауіпті толық жоймай, оның таралуын немесе зиянын азайтатын шара.
Дереккөздер
- NASA NESC - Li-Ion Batteries: Managing Risk to Secure RewardЖылулық үдеу, ұяшықтан ұяшыққа таралу, ықтималдық пен салдарды бөлек басқару және қаптаманың қызметі.
- NASA NESC - Calorimetry of Lithium-Ion Cells During Thermal RunawayЖылулық үдеу кезінде бөлінген энергияны калориметрмен өлшеу және таралуды бағалау.