現在の道路走行車両から将来の電動航空機に至るまで、バッテリーの用途全体にわたってエネルギー貯蔵システムの安全性と信頼性が重要です。市場に投入される前に、すべてのバッテリー システムは徹底的なレビューと認証を受け、温度の変動、充放電の繰り返し、あらゆる運転サイクルなど、日常的な条件と極端な条件の両方で安全に動作することを確認します。

「バッテリーを確保するために安全性、メーカーは最悪のシナリオでのリスクを軽減するバッテリーシステムを設計する必要があります」とNRELの電気化学エネルギー貯蔵グループの上級研究員であるドナル・フィネガン氏は述べた。個々の細胞まれなケースですが、数千個のセルを含むバッテリー パックでは全体的なリスクが増加します。

単一セルの故障による極端な温度は熱暴走を引き起こし、危険で有毒な火災を引き起こし、バッテリーパック全体に広がる可能性があります。

熱安全性は国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) の中心です。電池の研究。この研究所の科学者は、業界標準の合否認証プロセスを超えて、故障前、故障中、故障後にバッテリ構造内で何が起こっているのかを正確に理解して、バッテリ システムの徹底的な熱特性評価を提供します。

バッテリーの需要が高まり続ける中、NREL の専門家は、潜在的なバッテリーの危険性を特定し、全国的なバッテリーの安全性研究を加速するための新しいアプローチの開発に専念しています。

研究が発表されましたでネイチャーコミュニケーションズは、セルの放出質量と発熱との相関関係を発見した以前の NREL 研究に基づいて、熱暴走挙動の変動性を予測するための新しい技術を提供します。

従来、熱特性評価は、バッテリ故障時の熱出力を決定し、安全で軽量なバッテリ パックを効果的に設計するために必要な正確な熱測定を提供するために、分数熱暴走熱量計などの高度な機器と機能に依存していました。

しかし、この装置は広く普及していないため、これらの評価には費用と時間がかかり、新しいセルタイプのバッテリーパックへの迅速な導入が妨げられています。

初期段階のイノベーションのためのよりアクセスしやすいプロセスにより、研究者は将来のセルのリスクを理解し、最適化されたバッテリー設計をより迅速に導入できるようになります。消費者の需要より高速な充電、車両の航続距離の延長、寿命の向上を実現します。

「この研究は、簡素化された解決策を提案しています」と、NREL の雑誌論文の共著者であり、NREL の電気化学エネルギー貯蔵グループの上級研究員である Paul Gasper 氏は述べています。「バッテリーが故障する原因は多岐にわたりますが、私たちのモデルは特定の故障特性間の相関関係を示しています。」

NREL の最新の研究は、熱暴走時の放出質量などの合理化された低コストの測定を使用して、通常は高価な熱量測定が必要となる新しい種類の細胞の複雑な熱挙動を正確に予測できることを実証することに成功しました。

「あらゆる規模の企業が、この情報に基づいたアプローチを使用できます」とフィネガン氏は述べています。「公式の安全性テストには熱量計の使用を依然として推奨していますが、このアプローチは、研究のその段階に進む前に、仕様に合わせて最も安全なバッテリーの選択肢を絞り込むのに役立ちます。」

このプロセスを設計するために、研究者らは、NREL と NASA が作成したオープンアクセスのバッテリー故障データバンクで利用可能な市販のリチウムイオン電池からの熱量測定を活用しました。

Battery Failure Databank は、熱暴走が起きているセルに関する情報を含む最大の公開データベースとして、どのバッテリー タイプが予測可能な故障特性を示すかを識別する機械学習モデルをトレーニングするために必要な高品質で堅牢なデータを提供しました。

この新しいアプローチにより、エネルギー貯蔵のイノベーターは、最小限の費用と労力で新しい電池設計の安全リスクを正確かつ迅速に推定できるようになります。

これらの熱特性を評価するためのより迅速かつ簡単な方法により、バッテリー研究コミュニティが再び活性化され、電化輸送やグリッドスケールのストレージなどの用途向けの次世代バッテリーパックの安全性を確保するという共通の目標にメーカーとシステム設計者が団結します。