Kratek stik baterije je resna napaka: kemična energija, shranjena v bateriji, se bo izgubila v obliki toplotne energije, naprave ni mogoče uporabljati. Obenem kratek stik povzroči tudi močno nastajanje toplote, ki ne le zmanjša učinkovitost materiala baterije, ampak lahko povzroči celo požar ali eksplozijo zaradi toplotnega uhajanja. Da bi odpravili morebitne pogoje v napravi, ki bi lahko predstavljali kratek stik, in zagotovili, da kratek stik ne predstavlja nevarnega delovnega stanja, lahko uporabimo COMSOL Multiphysics za preučevanje načrtovanja litij-ionskih baterij.
Kako pride do kratkega stika baterije?
Baterija je sposobna pretvoriti shranjeno kemično energijo v električno energijo. Med normalnim delovanjem bosta dve elektrodi baterije povzročili elektrokemične reakcije, redukcijsko reakcijo negativne elektrode in oksidacijsko reakcijo anode. Med postopkom praznjenja je pozitivna elektroda 0,10-600, negativna elektroda pa pozitivna; med postopkom polnjenja se oba elektrodna znaka zamenjata, to je, da je pozitivna elektroda pozitivna in negativna elektroda negativna.
Ena elektroda sprosti elektrone v tokokrog, medtem ko druga elektroda odvzame elektrone iz tokokroga. Ta ugodna kemična reakcija je tista, ki poganja tok v tokokrogu in tako lahko vsaka naprava, kot je motor ali žarnica, pridobi energijo iz baterije, ko je nanjo priključena.
O tako imenovanem kratkem stiku govorimo, ko elektroni ne tečejo skozi tokokrog, povezan z električno napravo, ampak se premikajo neposredno med obema elektrodama. Ker ti elektroni ne potrebujejo nobenega mehanskega dela, je upor zelo majhen. Zaradi tega se kemična reakcija pospeši in baterija se začne samoprazniti ter izgublja svojo kemično energijo, ne da bi pri tem opravila koristno delo. Pri kratkem stiku previsok tok povzroči, da se upornost baterije segreje (Joulova toplota), kar lahko poškoduje napravo.
Mehanska poškodba akumulatorja je eden od vzrokov kratkega stika. Če kovinski tuj predmet predre baterijo ali če se baterija poškoduje z gnetenjem, bo to predstavljalo notranjo prevodno pot in predstavljalo kratek stik. "Test vboda z iglo" je standardni varnostni test za litij-ionske baterije. Med preskusom bo jeklena igla prebodla baterijo in povzročila kratek stik.
Preprečite kratek stik baterije
Baterijo ali paket baterij je treba zaščititi pred kratkim stikom, vključno z ukrepi za preprečitev stika baterije in istega paketa prevodnih materialov. Baterije so zapakirane v škatle za transport in jih je treba znotraj škatle ločiti, tako da sta pozitivni in negativni pol usmerjena v isto smer, ko sta bateriji postavljeni eno poleg druge.
Preprečevanje kratkega stika baterij vključuje naslednje metode, vendar ni omejeno nanje.
a. Kjer je to izvedljivo, uporabite popolnoma zaprto notranjo embalažo iz neprevodnega materiala (npr. plastične vrečke) za vsako celico ali vsako baterijsko napajano napravo.
b. Za izolacijo ali embalažo baterije uporabite ustrezen način, da ne more priti v stik z drugimi baterijami, opremo ali prevodnimi materiali (npr. kovinami) v embalaži.
c. Za izpostavljene elektrode ali vtiče uporabite neprevodne zaščitne pokrovčke, izolirne trakove ali drugo ustrezno zaščito.
Če se zunanja embalaža ne more upreti trčenju, se samo zunanja embalaža ne sme uporabljati kot ukrep za preprečevanje zloma ali kratkega stika baterijskih elektrod. Baterija mora imeti tudi oblazinjenje za preprečevanje premikanja, sicer je pokrovček elektrode zaradi premikanja ohlapen ali pa elektroda spremeni smer in povzroči kratek stik.
Metode zaščite elektrod vključujejo, vendar niso omejene na naslednje ukrepe:
a. Varno pritrditev elektrod na dovolj močan pokrov.
b. Baterija je pakirana v togo plastično embalažo.
c. Uporabite vdolbino ali drugo zaščito za elektrode akumulatorja, da se elektrode ne zlomijo, tudi če paket pade.
Čas objave: 7. februarja 2023