Kiểm tra đánh giá an toàn Pin Lithium theo EUCAR Hazard Level 0-7

Kiến thức 0 Bình luận

Bài phân tích sau đây nhằm mục đích cung cấp thông tin bổ sung về cấu tạo của Pin Lithium và các yêu cầu thử nghiệm liên quan đến nhiệt độ và độ ẩm, nhằm đánh giá mức độ an toàn theo tiêu chuẩn của EUCAR (Hội đồng Nghiên cứu và Phát triển ô tô châu Âu).

Sơ lược về Pin Lithium

Pin Lithium là gì? Pin Lithium một loại pin có mật độ năng lượng cao hơn đáng kể so với các dòng pin và acquy trước đây, có thể cao hơn đến 100 lần. Loại pin này được phân thành hai nhóm chính: pin không sạc (non-rechargeable) và pin sạc (rechargeable).

Pin Lithium không sạc, thường gọi là pin “Lithium”, được cấu tạo từ các tế bào pin (cell) sử dụng một lần, chứa lithium kim loại ở cực dương. Đây là loại pin thường dùng trong ngành công nghiệp.

Pin Lithium sạc, thường gọi là pin “Lithium-ion” hoặc Li-ion, bao gồm các tế bào pin có thể sạc lại, chứa các cực dương và cực âm làm từ hợp chất Lithium. Thỏi pin Li-ion thường hoạt động ở mức điện áp từ 3,6 đến 4,2V. Trong quá trình phóng điện, các ion Lithium di chuyển từ cực dương sang cực âm, và quá trình sạc ngược lại đảo ngược hướng di chuyển của các ion này. Tính chất hóa học của pin được xác định bởi oxit kim loại hoặc phốt-phát được phủ trên cực âm.

Pin Li-ion thường sử dụng hỗn hợp các hợp chất cacbonat hữu cơ như Ethylene Cacbonat hoặc Di-etyl Cacbonat làm chất điện phân. Điểm bắt cháy của các muối cacbonat phổ biến thường dao động từ 18 đến 145 độ Celsius.

Trong ứng dụng thực tế, nhiều cell pin có thể được kết hợp thành các Module, và nhiều Module sẽ kết hợp lại thành Pack (Battery Pack). Kết nối chúng song song có thể tăng cường độ dòng điện và khả năng phóng điện, trong khi kết nối nối tiếp có thể tăng điện áp của cục pin, tạo ra nhiều tùy chọn cung cấp điện áp và công suất theo yêu cầu.

Các sự cố có thể gặp phải khi sử dụng Pin Li-ion

Chúng ta biết gì về các quy định pin lithium mới?

Các nguy cơ liên quan đến cháy do pin Lithium thường phụ thuộc vào mật độ năng lượng cao cùng với sự hiện diện của các chất điện phân hữu cơ dễ cháy. Điều này tạo ra những thách thức đặc biệt trong việc sử dụng, lưu trữ, và vận chuyển pin Lithium. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiều yếu tố có thể gây ra hiện tượng tự nóng nhanh chóng và giải phóng nhiệt trong pin Lithium, và đây là nguyên nhân chính dẫn đến các vụ cháy và nổ.

Hư hỏng vật lý của pin Lithium, bất kỳ sự cố về điện như đoản mạch và sạc quá mức, cũng như môi trường nhiệt độ cao có thể gây ra hiện tượng nóng lên và tạo nhiệt độ cao bên trong pin. Điều này có thể giải thích việc tại sao pin Lithium có thể tự nóng một cách nhanh chóng do phản ứng hóa học tỏa nhiệt bên trong pin, và điều này có thể dẫn đến một chuỗi phản ứng lan tỏa nhiệt trong cả cell pin.

Các khiếm khuyết trong quá trình sản xuất pin, như sự thiếu sót hoặc bụi bẩn, cũng có thể dẫn đến hiện tượng tự nóng. Phản ứng này thường đi kèm với việc bốc hơi chất điện phân hữu cơ và tạo ra áp suất bên trong vỏ pin. Nếu vỏ pin bị hỏng hoặc nứt, khí độc hại trong pin sẽ được giải phóng ra môi trường. Mức độ nghiêm trọng của hiện tượng phồng pin thường phụ thuộc vào sự tích tụ và giải phóng áp suất từ bên trong cell pin. Các cell pin có khả năng giảm áp suất (ví dụ có lỗ giảm áp hoặc vỏ mềm) thường có phản ứng ít nghiêm trọng hơn so với các loại cell có khả năng giữ áp suất và dễ bị vỡ do áp suất cao. Do đó, cấu trúc của cell pin có thể là một biến số quan trọng liên quan đến mức độ nghiêm trọng của sự cố pin.

Mức độ nghiêm trọng của phản ứng pin Lithium nói chung phụ thuộc vào một số thông số, bao gồm kích thước pin, thành phần hóa học, cấu trúc và trạng thái sạc pin (SOC). Trong hầu hết các trường hợp, phản ứng pin Lithium tạo ra các hợp chất nguy hiểm như các chất dễ cháy (như khí, hơi và chất lỏng), khí độc và các mảnh vụn (một số có thể gây cháy), và trong hầu hết các trường hợp, chất điện phân và vật liệu vỏ pin sẽ cháy mạnh.

Trong quá trình phản ứng sinh khói (khi không có ngọn lửa), các sản phẩm chính gồm CO2, CO, H2 và hydrocacbon, tất cả đều là khí dễ cháy và có nguy cơ gây nổ. Khi có ngọn lửa xuất hiện, chất điện phân trong pin Lithium thường tạo ra CO2 và nước (H2O) như sản phẩm cháy chính. Phản ứng đốt cháy cũng có thể tạo ra hydroforua (HF), một chất độc hại, từ flo (Flo khỏi muối Lithium, thường là LiPF6) hòa tan trong chất điện phân. HF có thể tạo thành axit flohydric khi kết hợp với hơi nước hoặc màng nhầy trong cơ thể người, gây nguy cơ sức khỏe.

Sử dụng pin Lithium đòi hỏi sự cẩn trọng và kiến thức về các nguy cơ tiềm ẩn. Các rủi ro liên quan đến cháy, nổ, thoát khí, rò rỉ chất điện phân và nứt vỡ vỏ pin đều cần được quan tâm. Điều này đã thúc đẩy Hội đồng Châu Âu về nghiên cứu và phát triển Ô tô (EUCAR) đưa ra các cấp độ nguy hiểm để đánh giá sự an toàn của pin Lithium.

Dưới đây là tủ thử nghiệm môi trường hoặc tủ thử nghiệm nhiệt độ-độ ẩm cho Pin Lithium mà COMIT đang cung cấp với đầy đủ cấu hình để đáp ứng các mức độ nguy hiểm theo EUCAR Hazard level từ 0 đến 7.

Mục tiêu quan trọng mà các nhà sản xuất pin Lithium đang nỗ lực đạt được là đảm bảo rằng sản phẩm của họ không tạo ra nguy cơ đối với người dùng hoặc môi trường xung quanh. Với mật độ năng lượng cao của pin Lithium và khả năng của chúng để tự nhiên tự nóng, việc kiểm tra và đánh giá an toàn trở thành vấn đề cực kỳ quan trọng.

Hazard level từ 0 đến 7 của EUCAR là hệ thống đánh giá nguy cơ, trong đó mức độ 0 thể hiện mức độ an toàn cao nhất, trong khi mức độ 7 thể hiện mức độ nguy hiểm lớn nhất. Mục tiêu của các nhà sản xuất là đạt được mức độ nguy hiểm không vượt quá 4, để đảm bảo rằng pin Lithium có thể sử dụng một cách an toàn và không gây ra các tình huống nguy hiểm.

Tủ thử nghiệm môi trường hoặc tủ thử nghiệm nhiệt độ-độ ẩm đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển và kiểm tra pin Lithium. Chúng cho phép các nhà sản xuất mô phỏng các điều kiện môi trường khác nhau mà pin có thể phải đối mặt trong quá trình sử dụng thực tế. Các tủ thử nghiệm này cung cấp kiểm soát chính xác nhiệt độ, độ ẩm, và các yếu tố khác để đảm bảo rằng pin Lithium hoạt động ổn định và an toàn trong các điều kiện khác nhau.

Bằng việc cung cấp tủ thử nghiệm môi trường và nhiệt độ-độ ẩm với đầy đủ cấu hình, HUST Việt Nam đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ các nhà sản xuất pin Lithium đảm bảo rằng sản phẩm của họ đáp ứng các yêu cầu an toàn và nguy cơ được đánh giá và kiểm tra một cách toàn diện. Điều này giúp bảo vệ người dùng, môi trường, và tài sản khỏi các vụ tai nạn và sự cố có thể xảy ra do sử dụng pin Lithium.