郑大在电池安全领域取得研究进展:氢气预警技术有望防范锂离子电池火灾

郑州大学电气工程学院副教授金阳带领课题组研究发现,利用氢气探测技术可以快速检测锂离子电池石墨负极表面微量锂枝晶析出,当电池储能系统探测到氢气产生时会立即切断充电电源,避免火灾发生,实现对锂离子电池热失控的早期安全预警。研究成果近日发表在国际学术期刊《焦耳》上。

近年来,电化学储能技术受到广泛关注。其中锂离子电池由于其高能量密度等特点,已成为便携式设备、电动汽车和大规模储能中最具竞争力的电化学储能技术之一。然而,由于使用易燃有机溶剂作为电解液的主要成分,以及锂离子电池固有的放热特性,使其在过充或快充的情况下会产生锂枝晶,从而发生热失控等安全事故。因此,亟需寻求一种能够快速有效检测锂枝晶的方法,实现对锂离子电池热失控的早期安全预警。

基于以上问题,研究团队提出了基于氢气探测来对锂离子电池过充早期(室温条件下)微量锂枝晶析出进行检测的方法;在实际储能应用中,探测到氢气产生时立即切断电源,可避免火灾发生。团队提出锂离子电池过充早期产氢仅来源于金属锂-有机黏结剂反应的结论,利用这一方法可以探测微量锂枝晶的析出。在实际储能舱内开展了磷酸铁锂电池单模组(8.8 kWh)过充实验,结果表明氢气相比于其它热失控气体能够最早被探测到,且探测时间比模组出现浓烟早639 s,比模组起火早769 s;最后,研究团队开展了电池簇(9模组,79.2 kWh)过充预警实验,在探测到氢气的同时切断电源,没有任何可见烟或明火产生,验证了氢气探测的安全预警效果。

郑大在电池安全领域取得研究进展:氢气预警技术有望防范锂离子电池火灾

该项目获得国家自然科学基金和国家电网公司科技项目等基金支持,研究成果已经实际应用于国网江苏省电化学储能电站(200MW规模),“应在储能舱中安装氢气探测器”也已写入中华人民共和国电力企业联合会标准送审稿《预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》。

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