280 اے ایچ لیتھیم آئرن فاسفیٹ بیٹری کے تھرمل رن وے کی وجہ سے گیس کی پیداوار اور شعلے کے رویے پر تجرباتی مطالعہ

1. تحقیقی پس منظر

توانائی کی کمی اور ماحولیاتی آلودگی انسانیت کو درپیش اہم مسائل ہیں، اور نئی توانائی کی ترقی عالمی تحقیق کا مرکز بن چکی ہے۔ لیتھیم آئن بیٹریاں، خاص طور پر لیتھیم آئرن فاسفیٹ (LFP) بیٹریاں، اپنی کارکردگی کے فوائد کی وجہ سے توانائی کے ذخیرہ کے لیے ترجیحی بیٹری بن گئی ہیں۔ الیکٹرو کیمیکل انرجی سٹوریج (EES) پاور پلانٹس بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں، لیکن لتیم آئن بیٹریوں کے حفاظتی مسائل نے بہت زیادہ توجہ مبذول کرائی ہے۔ فی الحال، گیس کی پیداوار میں تھرمل رن وے (TR) رویے کے خطرات اور اعلیٰ صلاحیت والی لیتھیم آئرن فاسفیٹ بیٹریوں (280Ah) کے شعلوں کے بارے میں ناکافی سمجھ ہے۔ اس مطالعہ نے بیرونی حرارتی طریقہ استعمال کرتے ہوئے 280AhLFP بیٹریوں کے تھرمل رن وے خصوصیات (گرمی کی رہائی کی شرح، دہن کی حرارت، بیٹری کی سطح کا درجہ حرارت) اور گیس جنریشن پیٹرن (گیس کی قسم اور ساخت کا تناسب) کی چھان بین کی۔ گیس جنریشن کی خصوصیات اور تھرمل رن وے کے فلیم میکروسکوپک رویے کا تجزیہ کیا گیا، اور بیٹری تھرمل رن وے کے ارتقائی قوانین اور چارج کی مختلف حالتوں (SOC) کے تحت آگ کے خطرے کو واضح کیا گیا۔ بیٹری تھرمل رن وے کے خصوصیت کے پیرامیٹرز پر SOC کے اثر و رسوخ کو بھی تلاش کیا گیا۔ یہ مطالعہ EES میں LFP بیٹریوں کے TR رویے کو 50% اور 100% SOC پر ظاہر کرتا ہے، EES آگ سے بچاؤ اور ہنگامی ردعمل کے ڈیزائن کے لیے حوالہ ڈیٹا فراہم کرتا ہے۔

2. تجرباتی سیٹ اپ

2.1 بیٹری کی مثال

اس مطالعے میں لیتھیم آئرن فاسفیٹ (LiFePO4) کے ساتھ 280Ah لیتھیم آئن بیٹری کو مثبت الیکٹروڈ مواد کے طور پر اور گریفائٹ (C) کو منفی الیکٹروڈ مواد کے طور پر استعمال کیا گیا۔ تفصیلی فزیکل پیرامیٹرز جدول 1 میں دکھائے گئے ہیں۔ بیٹری کو چارج کرنے اور ڈسچارج کرنے کے لیے NEWARECT-4004-5V20A NFT ڈیوائس کا استعمال کریں۔ بیٹری کو 20A کے کرنٹ کے ساتھ ڈسچارج کریں جب تک کہ کٹ آف وولٹیج 2.5V تک نہ پہنچ جائے۔ بیٹری کو مستقل کرنٹ اور مستقل وولٹیج موڈ کا استعمال کرتے ہوئے چارج کیا جاتا ہے، جس میں 20A کا چارج کرنٹ اور کٹ آف کرنٹ اور 2.8A اور 3.65V کے وولٹیج ہوتے ہیں۔ جانچ کرنے سے پہلے، بیٹری کو مکمل طور پر چارج کریں (100% SOC)، اور پھر تجرباتی تقاضوں کے مطابق بیٹری کو مطلوبہ چارج کی حالت میں ڈسچارج کریں۔

2.2 تجرباتی آلات اور طریقے

2.2.1 تجرباتی سیٹ اپ

شکل 1 کام میں استعمال ہونے والے تجرباتی پلیٹ فارم کو دکھاتا ہے، بشمول ISO9705 معیار کے مطابق 1.8m × 1.8m × 2m اور دیگر تجرباتی آلات کے ساتھ تیار کردہ کمبشن چیمبر۔ دہن کے چیمبر کے اوپری حصے میں دھوئیں کا اخراج نالی ہے۔ تمام تجربات دہن کے چیمبر میں کیے گئے تھے۔

2.2.2 تجرباتی طریقے

280Ah لیتھیم آئرن فاسفیٹ (LiFePO4) بیٹری کے تھرمل بھاگنے کے لیے ہیٹنگ پلیٹ کا استعمال کریں۔ K- قسم کے تھرموکوپل کا استعمال کرتے ہوئے بیٹری کی سطح کے درجہ حرارت کی پیمائش کریں، ہیٹ ریلیز ریٹ ماپنے والے آلے کا استعمال کرتے ہوئے TR عمل کے دوران ہیٹ ریلیز ریٹ (HRR) کی پیمائش کریں، اور انضمام کے ذریعے تھرمل رن وے کی کل ہیٹ جنریشن حاصل کریں۔ گیس کی ساخت کا پتہ لگانے کے لیے فوئیر ٹرانسفارم انفراریڈ اسپیکٹومیٹر (FTIR اسپیکٹومیٹر) کا استعمال کریں، اور ریئل ٹائم بڑے پیمانے پر تبدیلیاں جمع کرنے کے لیے Mettler بیلنس کا استعمال کریں۔ جب دھواں کی ایک بڑی مقدار خارج ہوتی ہے تو اسپرے شدہ الیکٹرولائٹ اور آتش گیر گیس کو بھڑکانے کے لیے الیکٹرانک اگنیشن ڈیوائس کا استعمال کریں۔ تھرموکوپلز کو بیٹری کی حرارتی سطح اور پچھلی سطح پر تقسیم کیا جاتا ہے (جیسا کہ بالترتیب شکل 2، Tf اور Tb میں دکھایا گیا ہے)، اور بیٹری کے سائیڈ پر ماپا ہوا درجہ حرارت اور حفاظتی والو کی افتتاحی پوزیشن پر درجہ حرارت کو اس طرح ظاہر کیا جاتا ہے۔ بالترتیب Ts اور Tup۔ سیفٹی والو کے اوپر درجہ حرارت کو مختلف اونچائیوں پر ماپنے کے لیے پانچ تھرموکوپل رکھیں، جو کہ حفاظتی والو سے 5cm، 10cm، 20cm، 30cm، اور 40cm دور ہیں۔

3. نتائج اور بحث

3.1 TR عمل کے دوران گیس کی پیداوار اور شعلے کا برتاؤ

100% SOC پر، بیٹری TR عمل کے دوران نمایاں گیس کی پیداوار اور شعلے کے رویے کو ظاہر کرتی ہے، جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔ حفاظتی والو کے 0 سیکنڈ پر کھلنے کے بعد، 1 سیکنڈ میں الیکٹرولائٹ کی ایک بڑی مقدار باہر نکلتی ہے۔ ، آتش گیر مادوں کی موجودگی کی وجہ سے شعلے کے رنگ میں تبدیلی کا باعث بنتا ہے۔ 60 سیکنڈ اور 175 سیکنڈ پر، بیٹری کے اندر موجود دو کوروں نے تھرمل رن وے کا تجربہ کیا، جس کی وجہ سے دو شدید گیس کی پیداوار اور شعلہ چھڑکنے کا واقعہ ہوا۔ اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ اگرچہ گیس اگنیشن کا تھرمل بھاگنے کے عمل پر بہت کم اثر پڑتا ہے، لیکن بیٹری کے تھرمل رن وے کا پورا عمل تقریباً 240 سیکنڈ تک جاری رہتا ہے، اور اس کے خطرات بنیادی طور پر گیس کی شدید پیداوار اور جیٹ شعلوں میں ظاہر ہوتے ہیں۔ ایک محدود جگہ میں، آتش گیر گیسوں کا اگنیشن دھماکوں کا باعث بن سکتا ہے، جب کہ شدید شعلے کے اسپرے ارد گرد کی بیٹریوں اور ماحول پر شدید تھرمل تابکاری کے اثرات کا سبب بن سکتے ہیں۔

3.2 بیٹری کی سطح کے درجہ حرارت کا تھرمل رن وے تجزیہ

بیٹری کی سطح کا درجہ حرارت بیٹری کے TR عمل کا اندازہ کرنے میں ایک اہم پیرامیٹر ہے۔ شکل 4 50% SOC اور 100% SOC حالات میں بیٹری کی سطح کے درجہ حرارت کی تبدیلیوں کو دکھاتی ہے۔ اعداد و شمار 4 (a) اور (b) گیس کی پیداوار کے حالات کے تحت درجہ حرارت کی تبدیلیوں کو ظاہر کرتے ہیں، جبکہ (c) اور (d) اگنیشن کے حالات میں درجہ حرارت کی تبدیلیوں کو ظاہر کرتے ہیں۔ مشاہدے کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ایک ہی SOC کے تحت، دو حالتوں میں بیٹری کی سطح کے درجہ حرارت کی تبدیلیوں میں یکساں رجحانات ہوتے ہیں۔ اگرچہ شعلے بیٹری کے اوپر نمودار ہوتے ہیں اور ان کی جیٹ کی ایک خاص رفتار ہوتی ہے، لیکن ان کی ریڈی ایٹ حرارت کا بیٹری کی سطح پر براہ راست اثر محدود ہوتا ہے، اس لیے بیٹری کی سطح کے درجہ حرارت پر گیس کے دہن کا اثر نسبتاً کم ہوتا ہے۔ 50% SOC والی بیٹریوں کے لیے، تھرمل بھاگنے کا عمل نسبتاً سست ہے، جیسا کہ شکل 4 (a) اور (c) میں دکھایا گیا ہے۔ گیس کی پیداوار کے حالات میں، بیٹری کی طرف کا درجہ حرارت تیزی سے بڑھتا ہے اور 3200 سیکنڈ پر تھرمل رن وے کو متحرک کرتا ہے، جس میں سب سے زیادہ درجہ حرارت بالترتیب 434.9 ڈگری سینٹی گریڈ (سامنے) اور 307.3 ڈگری سینٹی گریڈ (پیچھے) تک پہنچ جاتا ہے۔ اگنیشن کے حالات میں، بیٹری کی طرف کا درجہ حرارت 3169 سیکنڈ میں تیزی سے بڑھتا ہے، جس میں سب سے زیادہ درجہ حرارت گیس کی پیداوار کی حالت سے تھوڑا زیادہ ہوتا ہے۔ سامنے اور پیچھے کی سطحوں پر سب سے زیادہ درجہ حرارت بالترتیب 475.9 ڈگری سینٹی گریڈ اور 319.6 ڈگری سینٹی گریڈ ہے۔ دریں اثنا، مطالعہ نے بیٹری وولٹیج میں تبدیلیوں کا بھی تجزیہ کیا. گیس اور شعلے کے حالات میں، جب 50% SOC والی بیٹری تھرمل رن وے کا تجربہ کرتی ہے، تو اس کا وولٹیج تقریباً 400 سیکنڈ کے دورانیے کے ساتھ آہستہ آہستہ کم ہو جائے گا۔ اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ تھرمل رن وے کے دوران، 50% SOC بیٹریوں کی اندرونی رد عمل کی شرح سست ہوتی ہے اور تھرمل بھاگنے کے عمل کا دورانیہ زیادہ ہوتا ہے۔

تھرمل رن وے عمل کی باقاعدہ خصوصیات کا مزید تجزیہ کرنے کے لیے، شکل 5 درجہ حرارت میں اضافے کی شرح اور وقت کے ساتھ ساتھ درجہ حرارت اور درجہ حرارت میں اضافے کی شرح کو بھی ظاہر کرتی ہے۔ DT/dt درجہ حرارت میں اضافے کی شرح کو ظاہر کرتا ہے۔ بیٹری کے پچھلے حصے پر درجہ حرارت میں اضافے کی شرح کی بنیاد پر، جب درجہ حرارت میں اضافے کی شرح 0.5 ڈگری سینٹی گریڈ سے بڑھ جاتی ہے، تو بیٹری کے اندر رد عمل کو ناقابل واپسی کے طور پر بیان کیا جاتا ہے۔ 50% SOC والی بیٹری کے لیے، درجہ حرارت میں اضافے کی شرح 0.5 ڈگری C/s سے زیادہ ہونے کا دورانیہ 80 سیکنڈ ہے، جب کہ 100% SOC والی بیٹری کے لیے، یہ دورانیہ 200 سیکنڈ ہے۔ دریں اثنا، 100% SOC بیٹریوں میں تھرمل رن وے کی چوٹی کے درجہ حرارت میں اضافے کی شرح بھی 50% SOC بیٹریوں سے زیادہ ہے۔ درجہ حرارت کی تبدیلی کے منحنی خطوط اور dT/dt کے مطابق، بیٹری کے تھرمل رن وے عمل کو چار مراحل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: پہلا مرحلہ حرارتی حالت ہے، جس میں درجہ حرارت میں اضافے کی شرح 003-0.04 ڈگری برقرار رکھی جاتی ہے۔ C/s بیٹری کا اندرونی درجہ حرارت کم ہے، اور حرارت کا ذریعہ ہیٹنگ پلیٹ کے ذریعے بیٹری میں منتقل ہوتا ہے۔ دوسرا مرحلہ تھرمل رن وے کا ابتدائی مرحلہ ہے، جہاں درجہ حرارت میں اضافے کی شرح آہستہ آہستہ 1 ڈگری سینٹی گریڈ تک بڑھ جاتی ہے۔ بیٹری کے اندر SEI فلم گلنا شروع ہو جاتی ہے، اور الیکٹرولائٹ بخارات بن کر الیکٹرولائٹ بخارات بن جاتی ہے، جس سے اندرونی دباؤ میں اضافہ ہوتا ہے اور اندرونی رد عمل میں تیزی آتی ہے۔ تیسرا مرحلہ تھرمل بھاگنے کا مرحلہ ہے، جہاں اندرونی مواد کے تیز رد عمل سے گیس کی ایک بڑی مقدار پیدا ہوتی ہے، جو کہ کسی بیرونی اگنیشن کے ذریعہ کی عدم موجودگی میں آتش گیر دھوئیں کی ایک بڑی مقدار کے پھیلاؤ کے طور پر ظاہر ہوتی ہے۔ شعلے، یہ شدید جیٹ شعلوں کے طور پر ظاہر ہوتا ہے۔ چوتھا مرحلہ کولنگ کا مرحلہ ہے۔ بیٹری کے تھرمل کنٹرول کھو جانے کے بعد، بیٹری کی سطح کا درجہ حرارت 500 ڈگری سینٹی گریڈ تک پہنچ سکتا ہے۔ بیٹری کے اب بھی زیادہ درجہ حرارت کی حالت میں ہونے کی وجہ سے، ابھی بھی ایک خاص حد تک خطرہ موجود ہے۔

3.3 گیس کی پیداوار اور شعلے کے درجہ حرارت کا تجزیہ

شکل 6 گیس پیدا کرنے کے حالات کے تحت مختلف بلندیوں پر 50% SOC اور 100% SOC بیٹریوں کے گیس کے درجہ حرارت میں تبدیلی کو ظاہر کرتی ہے۔ بیٹری کی سطح کے درجہ حرارت کا تجزیہ کرتے ہوئے، یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ 50% SOC بیٹریوں کا تھرمل رن وے دورانیہ 100% SOC بیٹریوں سے زیادہ ہوتا ہے، اور اس نتیجے کی تصدیق گیس کے درجہ حرارت کے وکر میں بھی کی جا سکتی ہے۔ وہ وقت جب 50% SOC بیٹری کا درجہ حرارت 50 ڈگری سینٹی گریڈ سے زیادہ ہوتا ہے تقریباً 500 سیکنڈ تک رہتا ہے، اور 5 سینٹی میٹر پر سب سے زیادہ گیس کا درجہ حرارت نسبتاً کم ہوتا ہے، 173.2 ڈگری سینٹی گریڈ پر؛ 100% SOC بیٹریوں کے اعلی درجہ حرارت کا دورانیہ کم ہوتا ہے، لیکن 5cm پر سب سے زیادہ گیس کا درجہ حرارت زیادہ ہوتا ہے، جو 325.7 ڈگری C تک پہنچ جاتا ہے، جو کہ 50% SOC بیٹریوں سے تقریباً دوگنا ہے (جیسا کہ شکل 6 (b) میں دکھایا گیا ہے)۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ اعلی SOC والی بیٹریاں زیادہ شدید اندرونی رد عمل، تیز رفتار گیس پیدا کرنے کی شرح، اور اعلی درجہ حرارت والی گیس اور آس پاس کے ماحول کے درمیان حرارت کی منتقلی کا کم وقت رکھتی ہیں۔ محرک حرارت کی منتقلی کے عمل کے تحت، بیٹری کی اونچائی کے ساتھ پیمائش کے مقام پر درجہ حرارت آہستہ آہستہ کم ہوتا جاتا ہے، اور بیٹری سیفٹی والو کے قریب گیس کا درجہ حرارت نسبتاً زیادہ ہوتا ہے۔ جب پیمائش کا نقطہ بیٹری سیفٹی والو سے 50 سینٹی میٹر دور ہوتا ہے، تو 100% SOC بیٹری کے ذریعے پیدا ہونے والا گیس کا درجہ حرارت 40 ڈگری سینٹی گریڈ تک نہیں پہنچتا ہے۔

تجربے کے دوران، چار اہم گیسوں، CO، CH4، C2H4، اور CO2، کو فوئیر ٹرانسفارم انفراریڈ سپیکٹرومیٹر کا استعمال کرتے ہوئے تھرمل رن وے عمل کے دوران ماپا گیا۔ یہ پایا گیا کہ کاربن ڈائی آکسائیڈ تھرمل بھاگ جانے کے دوران سب سے زیادہ پیدا ہوتی ہے، جس کا تناسب دیگر گیسوں سے بہت زیادہ ہوتا ہے، اس کے بعد کاربن مونو آکسائیڈ، میتھین، ایتھیلین اور دیگر ہائیڈرو کاربن گیسیں آتی ہیں۔ ہائیڈروجن گیس کی پیمائش کرنے کے آلے کی نا اہلی کی وجہ سے، اس کے ارتکاز کا تجزیہ نہیں کیا گیا۔ اس کے علاوہ، شکل 6 (d) میں ان چار گیسوں کے تناسب کے تجزیے کے مطابق، کاربن ڈائی آکسائیڈ 51.2% اور کاربن مونو آکسائیڈ 22.9% ہے۔ تاہم، تھرمل بھاگنے کے عمل کے دوران پیدا ہونے والی ہائیڈروجن گیس کی بڑی مقدار کو دیکھتے ہوئے، شکل 6 (d) میں دکھایا گیا کاربن ڈائی آکسائیڈ کا تناسب تمام گیس کے اجزاء کا تناسب نہیں ہے۔ پیدا ہونے والی گیس کی زیادہ آتش گیریت کی وجہ سے، TR کا خطرہ زیادہ ہوتا ہے۔ لہذا، خالص گیس کے حالات میں، تھرمل سے بھاگنے والا رویہ بنیادی طور پر زہریلا، دم گھٹنے اور دہن کے خطرات لاتا ہے۔

توانائی ذخیرہ کرنے والی بیٹریوں کے حقیقی منظر نامے میں، آگ اکثر بیٹری کے گرمی TR کو چھونے کے بعد ہوتی ہے، لہذا اگنیشن آپریشن بیٹری کے حفاظتی والو کے کھلنے کے بعد کیا جانا چاہیے، اور اگنیشن کے بعد گیس کے درجہ حرارت کا تجزیہ کیا جانا چاہیے۔ جیسا کہ شکل 7 میں دکھایا گیا ہے، مختلف اونچائیوں پر شعلے کے درجہ حرارت کی پیمائش کرنے کے لیے پانچ درجہ حرارت کی پیمائش کے پوائنٹس کو بیٹری کے اوپر عمودی طور پر ترتیب دیا گیا ہے۔ حفاظتی والو کھولنے کے بعد، اگنیشن فوری طور پر شروع ہو جاتا ہے، اور ہر پیمائشی مقام پر درجہ حرارت تیزی سے بڑھ جاتا ہے۔ بیٹری کے اندر تھرمل بھاگنے کی وجہ سے، بڑی مقدار میں گیس پیدا ہوتی ہے، اور سیفٹی والو کے اوپر ایک پرتشدد جیٹ فائر نمودار ہوتا ہے۔ درجہ حرارت کے منحنی خطوط سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ سب سے زیادہ درجہ حرارت ابتدائی طور پر 10 سینٹی میٹر کی اونچائی پر ہوتا ہے، اور 5 سینٹی میٹر اور 20 سینٹی میٹر کی اونچائی پر درجہ حرارت تقریباً ایک جیسا ہوتا ہے۔ تھرمل رن وے کے بعد کے مرحلے میں، شعلہ آہستہ آہستہ کم ہوتا جاتا ہے، اور سب سے زیادہ درجہ حرارت 5 سینٹی میٹر کی اونچائی پر ہوتا ہے، جب تک کہ شعلہ بجھ نہیں جاتا، گیس کے مستحکم دہن کے ساتھ۔ گیس کی پیداوار کے حالات میں درجہ حرارت کے مقابلے میں، شعلہ ظاہر ہونے کے بعد بیٹری کے اوپر کا درجہ حرارت نمایاں طور پر بڑھ جاتا ہے، جیسا کہ شکل 7 (b) میں دکھایا گیا ہے۔ 50% SOC پر بیٹری کے اوپر شعلے کا سب سے زیادہ درجہ حرارت تقریباً 750 ڈگری سینٹی گریڈ تک پہنچ سکتا ہے، اور 100% SOC پر بیٹری کا درجہ حرارت اس سے بھی زیادہ ہے، جس کا چوٹی درجہ حرارت 900 ڈگری سینٹی گریڈ سے زیادہ ہے (شکل 7 (بی) دیکھیں) )۔

3.4 معیار کے نقصان کا تجزیہ

تصویر 8 گیس کی پیداوار کے حالات میں تھرمل رن وے کے دوران 50% SOC اور 100% SOC بیٹریوں کے معیار کے نقصان اور معیار کے نقصان کی شرح کو ظاہر کرتی ہے۔ معیار میں تیزی سے گراوٹ سے پہلے، SOC بیٹریوں کی دونوں اقسام نے تقریباً 100-200g کے نقصان کے ساتھ، معیار میں کمی کے ایک سست مرحلے کا تجربہ کیا۔ یہ سست نزول کا عمل بیٹری کے حفاظتی والو ڈیزائن سے متعلق ہے۔ جب بیٹری کا اندرونی دباؤ ایک خاص سطح تک پہنچ جاتا ہے، تو حفاظتی والو دباؤ کو تھوڑا سا چھوڑ دے گا۔ حفاظتی والو کے مکمل طور پر کھلنے کی وجہ سے، اس عمل کے دوران معیار کے نقصان کی شرح نسبتاً سست ہے۔ جیسے جیسے بیٹری کے اندر گیس بڑھتی ہے، اندرونی دباؤ آہستہ آہستہ بڑھتا ہے۔ جب اندرونی دباؤ سیفٹی والو کے دباؤ کی حد تک پہنچ جاتا ہے، تو سیفٹی والو پھٹ جاتا ہے، جس سے گیس اور الیکٹرولائٹ کی ایک بڑی مقدار باہر نکل جاتی ہے، جس کے نتیجے میں بڑے پیمانے پر ایک لکیری کمی واقع ہوتی ہے، جیسا کہ شکل 8 میں دکھایا گیا ہے۔ اس عمل کے دوران، معیار نقصان کی شرح تقریباً 110 گرام فی سیکنڈ ہے۔

بیٹری کے اندر ایک سے زیادہ کور تھرمل رن وے کے دوران معیار کے نقصان کی شرح میں متعدد چوٹیوں کا باعث بنے۔ 50% SOC بیٹریوں کا اندرونی رد عمل سست ہے، بالترتیب 2.3g/s اور 1.25g/s کی دو چھوٹی چوٹیوں کے مساوی ہے۔ اس کی نسبتاً زیادہ صلاحیت کی وجہ سے، 100% SOC بیٹریاں زیادہ شدید تھرمل رن وے عمل کا تجربہ کرتی ہیں، جس میں بالترتیب 12.9g/s اور 15.25g/s کی دو چوٹی ماس نقصان کی شرح ہوتی ہے، جیسا کہ شکل 8 (b) میں دکھایا گیا ہے۔ اس کے علاوہ، 100% SOC بیٹریوں کے لیے، تھرمل رن وے گیس جنریشن کے عمل کے دوران بڑے پیمانے پر نقصان کی شرح میں دو چھوٹی چوٹیاں تھیں۔

شکل 9 شعلے کے حالات میں تھرمل بھاگنے کے عمل کے دوران بڑے پیمانے پر تبدیلی اور بڑے پیمانے پر نقصان کی شرح کو ظاہر کرتا ہے۔ تھرمل بھاگنے کا عمل عام طور پر وہی ہوتا ہے جیسا کہ گیس پیدا کرنے کے حالات میں، لیکن جب حفاظتی والو کھولا جاتا ہے، تو بڑے پیمانے پر نقصان کی شرح نسبتاً کم ہوتی ہے۔ 50% SOC اور 100% SOC کے مساوی بڑے پیمانے پر نقصان کی شرح بالترتیب 69.9g/s اور 92.9g/s ہیں۔ وجہ یہ ہے کہ اگنیشن آپریشن اس وقت کیا جاتا ہے جب حفاظتی والو کھولا جاتا ہے، اور کچھ الیکٹرولائٹ اور گیس مکمل طور پر اسپرے نہیں ہوتے ہیں، لیکن اس وقت مکمل طور پر جل جاتے ہیں۔ اگرچہ بڑے پیمانے پر نقصان کی شرح کم ہے، لیکن یہ اب بھی تھرمل رن وے کی دو چوٹی کی قدروں سے کہیں زیادہ ہے (50% SOC شعلے کی دو چوٹی کی قدریں 2.05g/s اور 1.2g/s ہیں، اور 100% SOC کی دو چوٹی کی قدریں ہیں۔ 8.05g/s اور 9.95g/s، دونوں گیس کی پیداوار کے حالات میں بڑے پیمانے پر نقصان کی شرح سے کم)۔ دو شرائط کے تحت مجموعی بڑے پیمانے پر نقصان کا موازنہ کرتے ہوئے، یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ شعلے کے حالات میں بڑے پیمانے پر نقصان گیس کی پیداوار کے حالات سے زیادہ ہے۔

3.5 حرارت کی رہائی کی شرح کا تجزیہ

بیٹری سیفٹی والو کھولنے کے بعد، اگنیشن کی جاتی ہے۔ آکسیجن کی کھپت کے نظریہ کے مطابق، تھرمل رن وے کمبسشن کے تحت بیٹری کی ہیٹ ریلیز کی شرح کی پیمائش کی جاتی ہے جیسا کہ شکل 10 میں دکھایا گیا ہے۔ 50% SOC بیٹری کے لیے، اگنیشن کے بعد حرارت کے اخراج کی شرح کی پہلی چوٹی 57.107 کلو واٹ ہے۔ تجربے کے دوران گرمی کی رہائی کی شرح کو یکجا کرنے سے 20.79 MJ کے دہن سے پیدا ہونے والی کل حرارت حاصل ہوتی ہے۔ اگنیشن کے بعد 100% SOC بیٹری کی پہلی چوٹی ہیٹ ریلیز کی شرح 62.485 kW ہے۔ اس کی اعلی گیس کی پیداوار کی شرح کی وجہ سے، تھرمل رن وے کے مضبوط ترین لمحے میں چوٹی ہیٹ ریلیز کی شرح 85.667 کلو واٹ تک پہنچ جاتی ہے، جو کہ 50% SOC بیٹری کی ہیٹ ریلیز کی شرح سے بہت زیادہ ہے جیسا کہ شکل 10 (b) میں دکھایا گیا ہے۔ پوری تجرباتی حرارت کی رہائی کی شرح کو یکجا کرنے کے بعد، دہن سے پیدا ہونے والی کل حرارت 25.97 MJ ہے۔ اگرچہ 50% SOC بیٹریوں کا تھرمل رن وے دورانیہ اور شعلے کا دورانیہ طویل ہے، لیکن ان کی کل دہن حرارت 100% SOC بیٹریوں سے صرف 5.18MJ کم ہے۔

4. نتیجہ

(1) بیٹریوں کی سطح کے درجہ حرارت پر SOC کا اثر شعلوں سے زیادہ ہوتا ہے۔ گیس اور شعلے کے حالات میں، تھرمل رن وے کے دوران 100% SOC بیٹری کی سطح کا سب سے زیادہ درجہ حرارت 50% SOC بیٹری سے زیادہ ہوتا ہے، جبکہ اسی SOC میں، گیس اور شعلے کے حالات میں بیٹری کی سطح کا درجہ حرارت تقریباً ایک ہی

(2) شعلہ درجہ حرارت گیس کی پیداوار کے درجہ حرارت سے کہیں زیادہ ہے۔ 100% SOC بیٹریوں کے تھرمل رن وے سے پیدا ہونے والا گیس کا درجہ حرارت 325.7 ڈگری سینٹی گریڈ تک پہنچ سکتا ہے، جب کہ چوٹی کے شعلے کا درجہ حرارت 900 ڈگری سینٹی گریڈ سے تجاوز کر سکتا ہے۔ گیس اگنیشن کے بعد، اس کا بیٹری کے اوپر اور ارد گرد کے ماحول پر نمایاں اثر پڑتا ہے، بنیادی طور پر اس میں جھلکتا ہے۔ ماحول پر اعلی درجہ حرارت کے شعلوں کا تابکاری کا اثر۔ آگ کے بیرونی ذریعہ کی غیر موجودگی میں، بڑی مقدار میں گیس کے جمع ہونے سے زہر، دم گھٹنے اور دھماکے کا خطرہ ہو سکتا ہے۔

(3) 50% SOC اور 100% SOC بیٹریوں کے لیے، گیس کی پیداوار کے حالات میں چوٹی کے بڑے پیمانے پر نقصان کی شرح شعلے کے حالات میں اس سے زیادہ ہے، اور بیٹری کی اندرونی ساخت اور تھرمل رن وے عمل کا تعین چوٹی کے بڑے پیمانے پر نقصان کی شرح کی بنیاد پر کیا جاتا ہے۔ . تھرمل رن وے دہن کے بعد 100% SOC بیٹریوں کی چوٹی ہیٹ ریلیز کی شرح نسبتاً زیادہ ہے، لیکن 50% SOC بیٹریوں کا تھرمل رن وے دورانیہ طویل ہے اور شعلہ زیادہ وقت تک موجود رہتا ہے۔ 50% SOC اور 100% SOC بیٹریوں کے دہن سے جاری ہونے والی کل حرارت صرف 5.18 MJ مختلف ہے۔