A Análise de Gás previne de falhas em Baterias?
A análise de gás é fundamental na prevenção de falhas em baterias, especialmente aquelas baseadas em íons de lítio.
No cenário sempre em evolução da pesquisa de baterias, entender as nuances das falhas de bateria é essencial. A análise de gás residual desempenha um papel fundamental nesse esforço. Neste artigo iremos abordar as principais características dessa técnica para análise de baterias.
Compreendendo as falhas em baterias
Compreende-se que a falha de uma bateria não é apenas um inconveniente. É um evento potencialmente perigoso marcado pela liberação de gases tóxicos e inflamáveis. Nesse sentido, que influenciam-se a composição e o volume desses gases por muitos fatores: tipo de célula, mecanismo de falha, estado de carga (SoC) e níveis de oxigênio no ambiente.
Nesse sentido, compreender essa relação intrincada é fundamental para os fabricantes de pacotes de baterias, especialmente quando emprega-se o monitoramento em tempo real para avaliar o estado de saúde de uma bateria de íon de lítio (LIB). Além disso, entender esses gases é crucial para os socorristas que atendem eventos de descontrole térmico.
O que é Thermal Runaway?
O conceito “Thermal Runaway” refere-se a um evento em que a temperatura de um sistema aumenta continuamente devido a um processo autossustentável. No contexto de baterias, usa-se este termo frequentemente para descrever o descontrole térmico em uma célula ou bateria.
Esse descontrole térmico pode levar a um aumento rápido da temperatura, resultando em reações químicas exotérmicas descontroladas, liberação de gases e, em casos extremos, a falha catastrófica da bateria, potencialmente resultando em incêndios ou explosões. Em resumo, o Thermal Runaway é um fenômeno no qual a temperatura de um sistema aumenta de maneira descontrolada e auto alimentada.
Análise de Gás: desafios atuais no desenvolvimento de baterias!
Em primeiro lugar, uma revisão abrangente da literatura sobre análise de gases de células de íon de lítio revelou várias lacunas significativas. Notavelmente, existem muitas configurações experimentais, cada uma com seus volumes ou fluxos de ar únicos. Nesse sentido, essas variáveis afetam diretamente a disponibilidade de oxigênio, e subsequentemente a relação de combustão e a composição do gás.
Em contrapartida, muitos estudos coletam amostras de gás após a falha da célula. No entanto, a composição do gás varia desde a abertura inicial de segurança até o ponto de Thermal Runaway.
Isso destaca a importância da análise de gás em tempo real, ao detectar gases anômalos, identificar padrões de liberação, e monitorar o comportamento dos gases durante diferentes fases operacionais, essa técnica proporciona insights valiosos sobre o estado de saúde da bateria.
Uma análise mais detalhada com Espectrometria de Massa
Em um estudo inovador, um espectrômetro de massa Hiden HPR-20 foi utilizado para analisar o gás de ventilação em tempo real proveniente de uma célula NMC-811 21700 comercialmente disponível. A escolha da química NMC foi baseada em sua ampla utilização em aplicações de alto desempenho.
Nesse sentido, a configuração experimental foi meticulosamente projetada, com o espectrômetro de massa colocado em linha com uma instalação personalizada para examinar gases liberados em diferentes níveis de SoC.
Em conformidade, os resultados desta análise foram reveladores. Durante a ventilação de segurança, o metano foi predominantemente liberado, e sua concentração estava diretamente proporcional ao SoC. Além disso, a espectrometria de massa detectou sinais de liberação de eletrólito, evidenciados por sinais positivos de carbonato de dimetilo e carbonato de metila.
Implicações e Direções Futuras
Descobertas recentes revelam mudanças significativas na composição do gás durante o Thermal Runaway, destacando aumentos notáveis em hidrogênio, dióxido de carbono e monóxido de carbono. Testes adicionais mostraram que, a 100% de SoC, hidrogênio e dióxido de carbono predominam, levantando questões sobre inflamabilidade.
Essas descobertas têm implicações amplas, sugerindo a possível inclusão de sensores de Compostos Orgânicos Voláteis (VOC) em sistemas de monitoramento de bateria para alertas precoces. Logo, a presença de componentes inflamáveis no gás de ventilação da bateria também destaca a necessidade de mais pesquisas para determinar limites de inflamabilidade.
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Em suma, no cenário sempre em evolução da pesquisa de baterias, entender as nuances das falhas de bateria é essencial. Por esse motivo, os analisadores de gás residual desempenham um papel fundamental nesse esforço.
Além disso, essa abordagem permite uma resposta imediata a eventos de descontrole térmico, contribui para o desenvolvimento de alertas antecipados e aprimora os sistemas de monitoramento, resultando em medidas de segurança mais eficazes para evitar falhas catastróficas.
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