Ảnh hưởng của nhiệt độ đến pin Lithium

Pin Lithium là năng lượng lưu trữ tuyệt vời được dùng phổ biến trong hầu hết mọi lĩnh vực điện năng lượng để thay thế ắc quy axit-chì truyền thống bởi tính ứng dụng cao, bền bỉ, hiệu suất và bảo vệ môi trường.

Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng ảnh hưởng của nhiệt độ đến pin lithium nếu không được dùng và bảo quản đúng cách dễ dẫn đến nguy cơ cháy nổ đi kèm là những thiệt hại vô cùng nghiêm trọng.

Trong bài viết này CNSG sẽ đề cập phạm vi nhiệt độ hoạt động của pin lithium cùng những hướng dẫn để người dùng sử dụng pin an toàn, hiệu quả nhất.

Phạm vi nhiệt độ hoạt động của pin lithium 

• Pin lithium hay còn gọi là pin lithium-ion (LiB) là một sản phẩm công nghệ quan trọng, là sáng kiến ​​năng lượng xanh toàn cầu ngày nay mang đến tính ứng dụng rất cao và nhiều ưu điểm với mật độ năng lượng cao, tuổi thọ cao dùng bền bỉ, hoạt động an toàn, chi phí hợp lý đồng thời có khả năng bảo vệ môi trường.
• Pin Lithium-ion được sử dụng cho hệ thống xe điện, xe nâng điện, lưu trữ năng lượng tái tạo, ứng dụng vũ trụ và thậm chí cả thiết bị điện tử cầm tay hàng ngày của chúng ta. 
• Tuy nhiên trong quá trình hoạt động, nhiệt độ của LiB phải được kiểm soát tốt, vì những công năng liên quan đến hiệu suất, tuổi thọ và sự an toàn của nó phụ thuộc vào nhiệt độ.
• Vùng nhiệt độ hoạt động an toàn đối với LIB khi xả là khoảng nhiệt từ  −20°C ~ 60° C và khi sạc là 0°C ~ 60°C. 
• Cả nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao nằm ngoài “vùng an toàn” này sẽ dẫn đến  nguy cơ làm suy giảm hiệu suất và các hư hỏng pin không thể phục hồi, chẳng hạn như lớp mạ lithium và hiện tượng thoát nhiệt.  
• Các nghiên cứu cho biết phạm vi nhiệt độ tối ưu cho LIB là 15° C – 35° C. Nhìn chung, tác động từ nhiệt độ có thể được chia thành hai loại: Tác động nhiệt độ thấp và tác động nhiệt độ cao.

Xem thêm: Quy trình sản xuất pin Lithium hiện đại

Ảnh hưởng của nhiệt độ cao

Pin lithium có thể được sạc trong điều kiện nhiệt độ môi trường lên đến 45°C và xả ở nhiệt độ cao lên tới 60°C. Điều cần thận trọng khi sạc xả đề phòng ảnh hưởng của nhiệt độ cao là mặc dù môi trường bên ngoài có thể đủ mát, pin vẫn có thể nóng lên bên trong khi hoạt động với cường độ dòng điện cao. 

Tiếp xúc với nhiệt độ quá cao có thể gây ra quá trình oxy hóa chất điện phân catốt, trong thành phần hóa học cấu tạo của pin lithium, dẫn đến mất dung lượng pin. Nhiệt độ cao có thể gây ra những vấn đề như:

• Khiến mức điện trở bên trong của pin tăng lên nhiều, dẫn đến mất nguồn.
• Đẩy nhanh thậm chí tăng tốc quá trình lão hóa của pin, dẫn đến pin lithium khi hoạt động thường xuống cấp nhanh hơn.
• Nếu pin được xử lý sai cách hoặc quá trình sản xuất không đúng cách, nhiệt độ cao thậm chí có thể dẫn đến hiện tượng thoát nhiệt, đây là một trong những  rủi ro an toàn chính  liên quan đến pin lithium-ion.
• Hiện tượng thoát nhiệt trong pin lithium-ion là sự quá nhiệt của tế bào pin dẫn đến phản ứng hóa học.

Ảnh hưởng của nhiệt độ thấp

• Ở điều kiện tiêu chuẩn, Pin lithium-ion có thể được xả ở nhiệt độ thấp tới -20° C, nhưng ở mức nhiệt này, mật độ năng lượng và dung lượng của chúng có thể giảm ở nhiệt độ cực thấp. 
• Ở nhiệt độ rất thấp, các ion di chuyển chậm hơn qua các chất điện phân, dẫn đến giảm dung lượng. 
• Ngoài ra, nhiệt độ thấp làm cho tốc độ truyền điện tích khi hoạt động của pin bị giảm, có thể gây khó khăn cho việc sạc pin. 
• Nhiệt độ sạc thấp nhất của pin lithium-ion là 0°C. Nếu pin được sạc ở nhiệt độ đóng băng, nó có thể gây ra sự tích tụ chất điện phân rắn liên pha (SEI) vĩnh viễn trên cực dương, tạo ra hư hỏng không thể phục hồi cho pin. 

Người dùng pin lithium làm thế nào để giảm thiểu rủi ro?

Cho dù người sử dụng đang làm việc chỉ với một vài pin lithium-ion hay một kho pin lớn cũng đều phải tuân thủ các quy trình làm việc cẩn thận để giảm thiểu tối đa rủi ro.

Đầu tiên đóng vai trò quan trọng nhất khi sử dụng, pin lithium phải được xử lý theo các thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. 

Người dùng nên chú ý đến các hướng dẫn liên quan đến giới hạn an toàn như:  dòng điện tối đa cho tải, điện áp xả, điện áp sạc,…

Dưới đây là một số lưu ý chung để bảo trì, xử lý, bảo quản và sạc pin lithium-ion một cách an toàn.

Chăm sóc và bảo dưỡng

• Để đảm bảo rằng pin lithium không bị bất kỳ loại hư hỏng nào, khi dùng cần hết sức cẩn thận. 
• Quy trình để thực hiện xử lý pin cẩn thận từ khâu sắp xếp đến lắp đặt pin, không xếp chúng vào kho và đảm bảo chúng được xếp gọn gàng, khoa học, không nằm lung tung trên kệ hoặc bàn làm việc nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng của nhiệt độ đến pin lithium.
• Nếu pin bị rơi, bị va đập hoặc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời hoặc nhiệt độ quá cao có thể gây ra những hậu quả nặng nề. 
• Không dùng lực quá mạnh khi cố gắng tháo hoặc lắp pin vào thiết bị. Nếu sử dụng nhận thấy pin bị rò rỉ, bị cũ hay hư hỏng hoặc bị phồng lên, hãy vứt bỏ nó một cách an toàn ngay lập tức vì điều này có thể gây ra rủi ro dẫn đến cháy nổ mất an toàn.
• Khi sử dụng pin, luôn đảm bảo rằng thiết bị hoặc thiết bị mà chúng đang cấp nguồn không bị quá nhiệt nhằm tránh ảnh hưởng của nhiệt độ đến pin lithium. 
• Không nên sạc quá nhiều cho pin lithium-ion, thay vào đó hãy đảm bảo rằng nó đã được ngắt điện khi đạt đến trạng thái sạc mong muốn. Sạc quá mức có thể dẫn đến các vấn đề an toàn và làm giảm tuổi thọ của pin lithium-ion.

Bảo quản pin Lithium ion

• Khi chuẩn bị cất giữ pin lithium-ion, người dùng cũng nên đảm bảo rằng chúng ở trạng thái sạc được khuyến nghị.
• Nhiều pin lithium-ion được lưu trữ tốt nhất ở trạng thái sạc xấp xỉ 40%. Không bảo quản pin của bạn ở mức này có thể góp phần vào sự mất ổn định của tế bào. 
• Vòng đời trung bình của pin lithium-ion là khoảng 2000 đến 8000 chu kỳ sạc và xả. Tuy nhiên, nhiệt độ giữ pin, tuổi thọ của pin và cách hoạt động có thể làm giảm hiệu suất của pin. 
• Nên tránh sạc quá mức, quá điện áp sạc và bộ sạc pin không đạt tiêu chuẩn.

Điều kiện bảo quản

Để tránh ảnh hưởng của nhiệt độ đến pin lithium, pin nên được bảo quản ở nơi khô ráo, thoáng mát, tránh tác động của ánh nắng trực tiếp và các nguồn nhiệt hoặc bắt lửa. 

Luôn phải đảm bảo rằng khu vực bảo quản của pin lithium luôn được giữ ở nhiệt độ ổn định – lý tưởng nhất là từ 5 – 20 ° C.

Đảm bảo rằng pin được lưu trữ và sạc trong môi trường có hệ thống làm mát thích hợp để pin luôn nằm trong phạm vi nhiệt độ môi trường an toàn ở mọi lúc.

Chữa cháy

Theo thống kê, các đám cháy liên quan đến pin lithium-ion được biết là rất dữ dội, đám cháy thường lan rất nhanh và cực kỳ khó dập tắt. Các đám cháy pin Lithium-ion cũng có khả năng tạo ra một lượng lớn khói độc nguy hại cho sức khỏe con người.

Các chiến lược để dập lửa gây ra bởi cháy pin lithium ion khác nhau tùy thuộc vào vị trí và kích thước đám cháy. Tuy nhiên, theo nguyên tắc chung, cần phải có các chất chữa cháy đặc biệt để đám cháy được dập tắt hoàn toàn và an toàn. Dưới đây là bốn điều bạn nên biết:

• Pin Lithium ion là chất lỏng dễ cháy loại B và cần có bình chữa cháy hóa chất khô để dập tắt.
• Điều quan trọng là phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa thích hợp, sử dụng pin lithium đúng hướng dẫn để tránh ảnh hưởng của nhiệt độ đến pin lithium đi kèm với những phản ứng hóa học có thể gây cháy.
• Các cơ sở lưu trữ hoặc vận chuyển pin lithium phải được trang bị hệ thống dập lửa hoặc có các quy trình để dập tắt đám cháy nhanh chóng.
• Trong quá trình vận chuyển, đặc biệt là qua máy bay hoặc tàu thủy, pin lithium cần có bao bì bảo vệ và nhãn HAZMAT.

Các nhà sản xuất làm thế nào để giảm thiểu rủi ro?

Phương pháp dễ dàng nhất để các nhà sản xuất pin có thể đo và kiểm soát nhiệt độ bên trong của pin là sử dụng hệ thống quản lý pin  (BMS) trực tiếp đo nhiệt độ bằng các cảm biến bên trong để ngắt hoặc kích hoạt chế độ làm mát hoặc làm nóng pin tương ứng.

Ngoài ra, BMS còn bảo vệ pin khỏi nguy cơ dẫn đến xả quá dòng, bảo vệ ngắn mạch, chức năng bảo vệ quá áp, dưới điện áp và quá tải.