La défaillance d’une batterie n’est pas seulement un désagrément. Il s’agit d’un événement potentiellement dangereux marqué par la libération de gaz toxiques et inflammables. La composition et le volume de ces gaz sont influencés par de nombreux facteurs : le type de cellule, le mécanisme de défaillance, l’état de charge et les niveaux d’oxygène dans l’environnement.

La compréhension de cette relation complexe est primordiale pour les fabricants de batteries, en particulier lorsque la surveillance en temps réel est utilisée pour évaluer l’état de santé d’une batterie lithium-ion (LIB). De plus, la compréhension de ces gaz est cruciale pour les intervenants d’urgence en cas d’emballement thermique.

Les lacunes de la recherche actuelle

Une analyse exhaustive de la littérature sur l’analyse des gaz des cellules lithium-ion a révélé plusieurs lacunes importantes. Il existe notamment de nombreux montages expérimentaux, chacun avec ses propres volumes fixes ou débits d’air. Ces variables ont un impact direct sur la disponibilité de l’oxygène, ce qui affecte ensuite le rapport de combustion et, par extension, la composition du gaz.

Malheureusement, de nombreuses études collectent des échantillons de gaz après la défaillance de la cellule. Or, la composition des gaz varie entre l’évent de sécurité initial et le point d’emballement thermique. Cela souligne l’importance de l’analyse des gaz en temps réel en tant que technique puissante pour étudier le comportement et la composition du gaz de l’évent de la batterie.

Regarder de plus près : l’étude analytique de Hiden Analytical

Dans le cadre d’une étude novatrice, un spectromètre de masse Hiden HPR-20 a été utilisé pour analyser en temps réel le gaz d’échappement d’une pile NMC-811 21700 disponible dans le commerce. Le choix de la chimie NMC s’explique par son utilisation répandue dans les applications à haute performance. Le dispositif expérimental a été méticuleusement conçu, le spectromètre de masse étant placé en ligne avec un dispositif sur mesure pour examiner les gaz libérés à différents niveaux de SoC.

Les résultats ont été révélateurs. Lors de la mise à l’air libre de sécurité, le méthane a été principalement libéré et sa concentration était directement proportionnelle à la température ambiante. En outre, la spectrométrie de masse a détecté des signes de libération d’électrolyte, comme en témoignent les signaux positifs pour le carbonate de diméthyle et le carbonate d’éthyle et de méthyle.

Cependant, un changement marqué dans la composition des gaz a été observé pendant l’emballement thermique. Les niveaux d’hydrogène, de dioxyde de carbone et de monoxyde de carbone ont brusquement augmenté. Curieusement, l’hydrogène était présent dans des concentrations proches de celles du dioxyde de carbone, ce qui a soulevé des questions quant à l’inflammabilité de tels mélanges.

Pour corroborer ces résultats, des tests ont été effectués à l’aide d’un récipient sous pression de 50 litres afin de déterminer les volumes et les compositions des gaz dans des atmosphères d’air et d’azote. Les résultats étaient cohérents : à 100 % de SoC, l’hydrogène et le dioxyde de carbone constituaient plus de 50 % des 6,5 L de gaz produits. Inversement, à 25 % de SoC, le méthane et le dioxyde de carbone sont devenus les principaux gaz.

Implications et orientations futures

Les résultats de l’étude ont des implications de grande portée. Les systèmes de surveillance des batteries pourraient bénéficier de l’intégration de capteurs de COV en tant que mécanismes potentiels d’alerte précoce.

De plus, la découverte que le gaz de dégazage des batteries contient de multiples composants inflammables nécessite des recherches supplémentaires pour déterminer leurs seuils d’inflammabilité.

Conclusion

Dans le paysage en constante évolution de la recherche sur les batteries, il est essentiel de comprendre les nuances de la défaillance des batteries. Les analyseurs de gaz résiduels, tels que ceux proposés par Hiden Analytical, jouent un rôle essentiel à cet égard.

Pour ceux qui souhaitent approfondir les complexités des analyseurs de gaz et leurs applications dans la recherche sur les batteries, nous vous invitons à explorer notre gamme de produits, en particulier les analyseurs de gaz Hiden Analytical. Ensemble, ouvrons de nouveaux horizons à la technologie des batteries.