01 背景介紹
氣候變化是由化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放增加所驅(qū)動(dòng)的，是人類面臨的一個(gè)緊迫問(wèn)題。與工業(yè)化前(1850-1900)的平均溫度相比，全球氣溫上升了約1.36℃，這凸顯了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的重要性。這使得全球一致認(rèn)為有必要向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，以減輕氣候變化的影響。包括核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮芎?span id="5833hr7hvci" class="">生物能在內(nèi)的替代能源已被確定為可行的解決方案，但它們目前的貢獻(xiàn)僅占全球能源收集總量的15%左右。此外，這些能源的地理限制、安全問(wèn)題和季節(jié)性波動(dòng)限制了它們的可靠性。一些可再生能源，如太陽(yáng)能和風(fēng)能的間歇性，需要開(kāi)發(fā)高效的能源儲(chǔ)存系統(tǒng)。
為了更好地利用這些替代能源，儲(chǔ)能技術(shù)至關(guān)重要。電化學(xué)儲(chǔ)能，特別是二次電池，在過(guò)去十年中越來(lái)越受歡迎。在各種二次電池中，鋰離子電池(lithium-ion batteries, LIBs)因其高能量密度和高比能而廣泛應(yīng)用于商業(yè)應(yīng)用。然而，與LIBs相關(guān)的安全問(wèn)題，如可能的火災(zāi)危險(xiǎn)，通常是由大容量動(dòng)力電池以熱失控(TR)的形式失效引起的。TR是一種自加速反應(yīng)，當(dāng)電池過(guò)度充電、短路或物理?yè)p壞時(shí)可能發(fā)生。目前的文獻(xiàn)往往缺乏對(duì)lib中TR的全面分析，關(guān)注的是孤立的成分，而不是整個(gè)系統(tǒng)。這篇綜述通過(guò)系統(tǒng)地探索各種LIB材料的TR機(jī)制來(lái)解決這一差距，突出了最近的進(jìn)展，并指導(dǎo)未來(lái)研究更安全的儲(chǔ)能解決方案。了解TR機(jī)制不僅對(duì)提高現(xiàn)有鋰離子電池的安全性至關(guān)重要，而且對(duì)開(kāi)發(fā)具有更高能量密度的下一代電池也至關(guān)重要。
02 成果掠影
近日，倫敦大學(xué)Aidin Panahi團(tuán)隊(duì)針對(duì)LIB的熱失控現(xiàn)象研究取得最新進(jìn)展。該綜述提供了對(duì)鋰電池中TR機(jī)制的全面理解，該機(jī)制因電池材料的不同而有很大差異。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，對(duì)lib的組成材料、引發(fā)TR的原因以及TR的機(jī)制進(jìn)行了廣泛的研究。然而，進(jìn)一步研究以充分了解和減輕TR是必要的，因?yàn)樗且粋€(gè)高度復(fù)雜的過(guò)程，很容易受到外部條件和內(nèi)部反應(yīng)的影響。對(duì)于由不同材料組成的lib, TR的過(guò)程和機(jī)制表現(xiàn)出顯著差異。因此，本文強(qiáng)調(diào)需要對(duì)各種電池進(jìn)行研究，以全面了解TR機(jī)制。本文綜述的重點(diǎn)在于闡明不同的TR機(jī)制、預(yù)防方法，并重點(diǎn)介紹旨在提高lib安全性的最新研究進(jìn)展。最后，本文總結(jié)了對(duì)LIB安全性的未來(lái)研究和開(kāi)發(fā)的建議，強(qiáng)調(diào)需要對(duì)TR機(jī)制和LIB安全性有更一致的看法。研究成果以“Thermal runaway process in lithium-ion batteries: A review ”為題發(fā)表在《Next Energy 》期刊。
03 圖文導(dǎo)讀
圖1 引起熱失控的因素
圖2 LIB的基本工作機(jī)制
圖3 簡(jiǎn)化熱失控機(jī)制
圖4 三個(gè)層面的預(yù)防戰(zhàn)略
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