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 研究表明，電網(wǎng)規(guī)模的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在起火之后具有爆炸風(fēng)險(xiǎn)，而對(duì)于撲滅電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)的消防人員來說，需要對(duì)如何撲滅此類火災(zāi)進(jìn)行培訓(xùn)。

防范和抑制電池火災(zāi)絕非易事，成功滅火的關(guān)鍵條件是采用以更快的速度檢測(cè)到電池故障并觸發(fā)其響應(yīng)的技術(shù)。據(jù)報(bào)道，俄羅斯圣彼得國(guó)立大學(xué)電化學(xué)系教授Oleg Levin領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組開發(fā)了一種新的方法，有望在電池起火早期檢測(cè)和響應(yīng)方面具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)：小組發(fā)明的聚合物可以隨著溫度或電壓的變化而改變電導(dǎo)率。研究人員聲稱，這種方法成本低廉并且可擴(kuò)展。由于確信這項(xiàng)技術(shù)的適用性，研究人員已經(jīng)為他們的發(fā)明申請(qǐng)并獲得了專利。


電池起火有多種原因，但大多數(shù)歸結(jié)為過度充電或短路。例如，在APS公司在亞利桑那州運(yùn)營(yíng)的一個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生起火并爆炸的事故中，該公司在與技術(shù)審計(jì)機(jī)構(gòu)DNV GL在事故之后聯(lián)合進(jìn)行調(diào)查的一份報(bào)告中得出結(jié)論，電池內(nèi)部的晶枝樹突是罪魁禍?zhǔn)?。鋰離子電池中的晶枝樹突沉積在陽(yáng)極上，如果不斷增長(zhǎng)，則會(huì)使電池內(nèi)部短路，從而發(fā)生熱失控引起火災(zāi)。

雖然電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配備監(jiān)控系統(tǒng)，可以跟蹤所有的電池參數(shù)，并在出現(xiàn)問題時(shí)關(guān)閉電路。但Levin稱，在大多數(shù)大型電池火災(zāi)事件中，這些監(jiān)控系統(tǒng)都因制造缺陷而發(fā)生故障。

Levin說：“這就是根據(jù)阻止電池組內(nèi)部電流的化學(xué)反應(yīng)來制定電池的安全策略特別重要的原因。為此，我們?yōu)殡姵亻_發(fā)一種特殊的聚合物，其導(dǎo)電性可以調(diào)節(jié)電池的電壓變化。如果電池工作正常，這種聚合物不會(huì)阻止電流流動(dòng)。如果電池過度充電或出現(xiàn)短路，或電壓降至正常工作水平以下，聚合物進(jìn)入所謂的‘隔離器’模式。”

當(dāng)電池由于過度充電或短路而發(fā)生故障時(shí)，溫度會(huì)升高到70℃～90℃以上，觸發(fā)電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，從而引起自激連鎖反應(yīng)。在達(dá)到溫度閾值之前，需要防止這種連鎖反應(yīng)（即熱失控）。Levin表示，這項(xiàng)研究取得了很大進(jìn)展。當(dāng)聚合物開始充當(dāng)“隔離器”時(shí)，其電池內(nèi)部損傷可能已經(jīng)非常嚴(yán)重，以至于火災(zāi)仍會(huì)蔓延。而在故障發(fā)展階段，聚合物對(duì)電壓變化而不是對(duì)熱量變化起反應(yīng)。

Levin說：“開發(fā)這種‘化學(xué)熔絲’時(shí)最困難的部分是尋找活性聚合物。我們知道這類聚合物種類繁多。然而發(fā)現(xiàn)一個(gè)合適的聚合物是一個(gè)難題。此外，我們必須提高技術(shù)水平，使其可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，以表明我們提出的電池安全策略的想法。”

Levin在調(diào)查報(bào)告表示，該研究所的研究人員在過去八年里一直在研究這種聚合物，但在過去兩年，一個(gè)定制的項(xiàng)目給這個(gè)研究帶來了新的動(dòng)力他表示，電池起火事件發(fā)生的次數(shù)令人驚訝。例如在1999年至2012年，共有1013例報(bào)告案例，而在2012年至2018年，這一數(shù)字激增至25000例。并且這個(gè)問題仍然沒有解決。就在近日，由于存在過熱和火災(zāi)的危險(xiǎn)，澳大利亞競(jìng)爭(zhēng)與消費(fèi)者委員會(huì)正式通知電池生產(chǎn)廠商LG Chem公司召回其住宅電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

目前，這種聚合物只適用于磷酸鐵鋰（LFP）電池，其原因是不同的陰極成分在不同的電壓水平下起作用。磷酸鐵鋰（LFP）電池的電壓為3.2 V，而鎳錳鈷（NMC）三元鋰離子電池陰極的工作電壓為3.7至4.2 V，具體取決于其電池的類型。

Levin 說，“改變聚合物的結(jié)構(gòu)可能會(huì)改變其導(dǎo)電性，使其適用于目前市場(chǎng)上的其他類型的陰極。我們對(duì)如何通過在聚合物中添加安全成分以適應(yīng)電池溫度水平的變化，使這種安全策略更具通用性。而我們研究成果有望消除與電池相關(guān)的火災(zāi)隱患。”

原標(biāo)題：圣彼得堡大學(xué)研究人員開發(fā)出有利于防止電池火災(zāi)的新技術(shù)