New Applications for Lithium-Ion Battery สำหรับการวิเคราะห์ก๊าซที่เกิดจากแบตเตอรี่
New Applications for Lithium-Ion Battery สำหรับการวิเคราะห์ก๊าซที่เกิดจากแบตเตอรี่
การวิเคราะห์ก๊าซ ที่ใช้งานสำหรับการทดสอบความปลอดภัยของแบตเตอรี่
แบตเตอรี่ลิเธียมไออน หรือ LIB เป็นเทคโนโลยีทางด้านอุปกรณ์ที่มีการใช้แบตเตอรี่ชนิด LIB ซึ่งเป็นทางเลือกใหม่ เพื่อใช้ในงานที่หลากหลาย รวมไปถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ยานพาหนะไฟฟ้า (EV) และระบบกักเก็บพลังงานหมุนเวียน โดยการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไออนนี้ มีการทดสอบและงานวิจัยที่เพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ด้วยเหตุผลนี้ทางด้านผู้ผลิตจึงมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้แบตเตอรี่ และเพื่อปรับปรุงคุณภาพด้านความปลอดภัย ซึ่งจะเห็นได้ว่าการวิเคราะห์ก๊าซ เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการใช้งานร่วมกับแบตเตอรี่ลิเธียมไออน หรือ LIB รวมถึงการทดสอบการปล่อยความร้อน (thermal runaway) และการพัฒนากระบวนการรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเธียมไออน
Thermal runaway (TR) เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ของปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ใน Li-Ion batteries โดยในปฏิกิริยา TR อุณหภูมิของเซลล์แบตเตอรี่มักจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและปฏิกิริยาของก๊าซที่เป็นพิษจะถูกปล่อยออกมา ทำให้แบตเตอรี่อาจเกิดเกิดไฟไหม้ที่ไม่สามารถควบคุมได้ ซึ่งนำไปสู่การระเบิดของควันไฟพิษ จึงเห็นได้ว่าปฏิกิริยา TR สามารถถูกกระตุ้นได้จากปัจจัยหลายอย่าง เช่น ความร้อนจากภายนอก ความเสียหายทางกลของแบตเตอรี่ เช่น การคายประจุ การลัดวงจร หรือการชาร์จแบตเตอรี่ที่มากเกินไป
เพื่อเป็นการศึกษาปฏิกิริยา Thermal runaway (TR) โดยการดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับปริมาณก๊าซต่างๆ ที่ถูกปล่อยออกมาจากแบตเตอรี่ลิเธียมไออน (TR) ภายใต้สถานการณ์ที่ต่างกัน การทดสอบนี้จะดำเนินการใกล้เคียงกับแหล่งกำเนิดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมากที่สุด ซึ่งส่งผลให้มีความเข้มข้นและอุณหภูมิของก๊าซไอเสียสูง ดังนั้นมีความจำเป็นในการใช้เครื่องวิเคราะห์ความร้อน เช่น GT6000 Mobilis ในการตรวจวัด
ก๊าซทั่วไปที่น่าสนใจ ได้แก่ ก๊าซอนินทรีย์ เช่น CO, carbonates เช่น dimethyl carbonate, กรด เช่น HF และ VOCs เช่น มีเทน โดยพิจารณาจากตารางที่ 1 ที่แสดงตัวอย่างก๊าซทั่วไปที่น่าสนใจ เนื่องจากมีก๊าซที่น่าสนใจในปริมาณมาก เทคนิค FTIR จึงเป็นเทคโนโลยีที่เหมาะสมสำหรับการตรวจวัดก๊าซจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ด้วยระบบเดียว นอกเหนือจากก๊าซที่ระบุไว้ด้านล่างแล้ว GT6000 Mobilis ยังใช้สำหรับการตรวจวัดก๊าซอื่นๆได้ เช่น NOx, ammonia, hydrogen chloride, formaldehyde และ methanol อีกด้วย
Table 1. แสดงตัวอย่างก๊าซทั่วไปที่น่าสนใจในการทดสอบการปล่อยความร้อนโดยตรง
| ก๊าซ | ความเข้มข้น |
| Water (H2O) | 20 vol-% |
| Carbon dioxide (CO2) | 20 vol-% |
| Carbon monoxide (CO) | 10000 ppm |
| Hydrogen fluoride (HF) | 500 ppm |
| Methane (CH4) | 2000 ppm |
| Ethylene (C2H4) | 2000 ppm |
| Dimethyl Carbonate (DMC, C3H6O3) | 20000 ppm |
| Ethyl Methyl Carbonate (EMC, C4H8O3) | 20000 ppm |
| Ethylene Carbonate (EC, C3H4O3) | 10000 ppm |
| Diethyl Carbonate (DEC, C5H10O3) | 10000 ppm |
| Acetylene (C2H2) | 10000 ppm |
| Hydrogen cyanide (HCN) | 500 ppm |
ตัวอย่างงานวิจัยที่ถูกตีพิมพ์
Harmful effects of lithium-ion battery thermal runaway: scale-up tests from cell to second-life modules
Composition and Explosibility of Gas Emissions from Lithium-Ion Batteries Undergoing Thermal Runaway
งานวิจัยที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งคือการปล่อยยก๊าซจากแบตเตอรี่ หรือการรั่วไหล่ของก๊าซ (Off gassing) จะเป็นตัวบ่งชี้ในช่วงเริ่มต้นของแบตเตอรี่ลิเธียมไออนที่กำลังจะเกิดขึ้น และจะสามารถวัดค่าได้ก่อนที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะสมบูรณ์ โดยการตอบสนองของแบตเตอรี่ดังกล่าว จะเริ่มต้นจากการตรวจจับอย่างมีความสำคัญต่อความปลอดภัยหลายประการ ซึ่งเป็นสิ่งที่สำคัญ โดยปกติแล้วชนิดของก๊าซ เช่น HF และคาร์บอเนตต่างๆ จะสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ได้ หรือบางครั้ง อาจใช้ระดับ 1 ppm ของ HF เป็นเกณฑ์
ความร้อนและเหตุการณ์ไฟไหม้ที่เกิดจากแบตเตอรี่มักจะส่งผลกระทบโดยตรงต่อผู้ใช้งาน รวมถึงเจ้าหน้าที่ฉุกเฉิน ผู้โดยสารรถยนต์ไฟฟ้า และบุคคลอื่นๆ เพื่อแก้ปัญหากับผู้ที่สัมผัสกับควันพิษจากไฟของ EV
ในส่วนของการจัดการความเป็นพิษของอัคคีภัย (Li-Ion batteries fire toxicity) เพื่อความปลอดภัยของผู้ใช้งาน รวมถึงผลกระทบในการปฏิบัติหากเกิดไฟไหม้ ซึ่งเป็นข้อตระหนักอย่างมากสำหรับผู้ผลิตแบตเตอรี่ ห้องปฏิบัติการทดสอบ และหน่วยงานด้านสุขภาพและความปลอดภัย โดยมีขั้นตอนที่กำหนดไว้บางประการในการจัดการกับเพลิงไหม้จากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และความสนใจในเรื่องนี้กำลังมีเพิ่มมากขึ้น
โดยทั่วไปจะดำเนินการวัดในบริเวณที่เกิดการสัมผัส ส่งผลให้ความเข้มข้นของก๊าซน้อยลงและอุณหภูมิต่ำลง ดังนั้นแล้วการวิเคราะห์ก๊าซในบรรยากาศ (ambient gas analyzer) เช่น GT5000 Terra จึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด
ก๊าซที่น่าสนใจโดยทั่วไปได้แก่ก๊าซที่มีความเป็นพิษในระยะสั้น เช่น HF, HCl, CO และ VOC ต่างๆ โดยเทคโนโลยี FTIR เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานนี้ เนื่องจากสามารถตรวจวัดก๊าซพร้อมกันได้สูงสุด 50 ชนิดก๊าซ ซึ่งข้อดีของ FTIR โดยเฉพาะรุ่น GT5000 Terra ที่มีความสามารถในการใช้ระบบเดียวกันนี้กับการใช้งานอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมชีวอนามัยและความปลอดภัยอีกด้วย
ยานพาหนะไฟฟ้าจะมีช่องใส่แบตเตอรี่ Li-Ion ขนาดใหญ่เป็นพิเศษ โดยในการทดสอบยานพาหนะได้รับการควบคุมมากขึ้นเพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยมากยิ่งขึ้น
ECE-R100 เป็นกฎระเบียบการทำงานในยุโรป โดยระบุว่าในห้องโดยสารต้องมีความปลอดภัยเป็นระยะเวลาอย่างน้อย 5 นาทีหลังจากเริ่มปฏิกิริยา thermal runaway ซึ่งแสดงได้โดยใช้ Gasmet FTIR multigas analyzer เพื่อตรวจวัดอากาศในห้องเมื่อเกิดปฏิกิริยาขึ้น โดยก๊าซที่น่าสนใจ ได้แก่ ส่วนประกอบที่เป็นพิษ รวมถึง HF, HCl, CO และ VOCs ต่างๆ จะเห็นได้ว่าความสามารถในการตรวจวัดก๊าซพร้อมกันและตรวจสอบ unknown gases มีความสำคัญอย่างยิ่งในการวิเคราะห์สารประกอบที่เป็นพิษทั้งหมด
ทางผู้ผลิตสามารถทำการวัดเองได้ หรือสามารถว่าจ้าง outsource ภายนอกมาทดสอบได้ ซึ่งหน่วยงานด้านสุขภาพและความปลอดภัยในภูมิภาคอาจมีส่วนร่วมในการทดสอบนี้
โดยทั่วไปแล้ว GT5000 Terra สามารถใช้แอปพลิเคชันนี้ เนื่องจากมีเทคโนโลยี FTIR พร้อมกับเครื่องมือแบบพกพาและการใช้งานได้หลากหลาย
Li-Ion batteries recycling เป็นหลักเกณฑ์ใหม่ที่ได้รับแรงผลักดันจากกฎระเบียบที่เพิ่มขึ้นในการใช้วัสดุรีไซเคิลในการผลิตเซลล์แบตเตอรี่ใหม่ ซึ่งจะช่วยลดการใช้วัสดุ และยังมีการใช้งานแบตเตอรี่ที่หมดอายุการใช้งานอีกด้วย โดยผู้ผลิตแบตเตอรี่ต้องแสดงให้เห็นมากขึ้นว่าสามารถจัดการกับการใช้งานแบตเตอรี่ได้เต็มรูปแบบ รวมไปถึงให้ความสำคัญกับการออกแบบและการรีไซเคิลแบตเตอรี่ด้วย
อย่างไรก็ตาม การรีไซเคิลนั้นเป็นงานที่ซับซ้อนเนื่องจากมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและอันตรายเกี่ยวข้องกับ การเกิดปฏิกิริยาเคมีที่อาจเกิดขึ้นในแบตเตอรี่ระหว่างการรีไซเคิล ตัวอย่างเช่น หากใช้กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับเครื่องบดหรือเครื่องทำลาย อาจมีองค์ประกอบของก๊าซที่ระเหยออกมา อาจส่งผลให้เกิดอันตรายได้ ในทำนองเดียวกันนี้ กระบวนการทางความร้อนยังใช้สำหรับการเผาไหม้ตัวทำละลายเพื่อนำมวลสีดำ (Black mass) ที่เหลืออยู่ซึ่งจะพบในดลหะที่หายากที่สามารถนำมาใช้ในโครงสร้างของการรีไซเคิลและนำกลับมาใช้ใหม่ กระบวนการอื่นๆ จะมุ่งไปที่การนำตัวทำละลายกลับคืนมาใช้ใหม่
สำหรับการพัฒนากระบวนการรีไซเคิล โดยทั่วไปจะมีการวัดความเข้มข้นของก๊าซ ทำให้มีการพัฒนาในรุ่น GT6000 Mobilis ซึ่งเป็นระบบให้ความร้อนที่สามารถระบุลักษณะเฉพาะของควันที่ปล่อยออกมาได้
การใช้งานที่เกี่ยวข้องอีกประการหนึ่งคือการรับรองความปลอดภัยของผู้ช้งานในกระบวนการรีไซเคิลที่จัดตั้งขึ้น การตรวจวัดด้านอุตสาหกรรมชีวอนามัยด้วย GT5000 Terra เพื่อสุขภาพและความปลอดภัยของผู้ใช้งาน เพื่อควบคุมการสัมผัสกับตัวทำละลายและสารประกอบที่ปล่อยออกมาในกระบวนการ
ก๊าซที่สนใจโดยทั่วไปสามารถระบุและวัดปริมาณได้ด้วยระบบ FTIR ซึ่งก๊าซเหล่านี้ได้แก่ H2O, CO2, CO, carbonates, HF, benzene, ammonia, toluene และ methanol
โดยทั่วไปกระบวนการผลิต LIB มีเพิ่มมากขึ้น ความต้องการในการวิเคราะห์การตรวจวัดด้านอุตสาหกรรมชีวอนามัยในพื้นที่การผลิต เซลล์ที่ได้รับความเสียหายทางกายภาพ ประกอบอย่างไม่ถูกต้อง หรือมีข้อบกพร่องด้านการออกแบบสามารถทำให้เกิดก๊าซพิษได้หลายชนิด เช่น HF และนิกเกิลคาร์บอนิล Ni(CO)4 ที่มีความเป็นพิษอย่างมาก
โดยทั่วไปมีการใช้ GT5000 Terra เพื่อตรวจวัดแอปพลิเคชันนี้ เนื่องจากความสามารถในการตรวจจับและระบุก๊าซที่อาจเป็นอันตรายได้หลายชนิดก๊าซพร้อมผลลัพธ์ทันที จุดแข็งอีกประการหนึ่งคือความสามารถในการใช้งานเพื่อวัตถุประสงค์ด้านการวิจัยและพัฒนาอีกด้วย ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการใช้งานที่หลากหลาย
Battery Energy Storage Systems (BESS) เป็นระบบที่ใช้สำหรับจัดเก็บพลังงานจากแหล่งต่างๆ เพื่อให้สามารถปล่อยออกมาได้เมื่อจำเป็น การใช้งานทั่วไปรวมถึงการกักเก็บไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยพลังงานลมหรือพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อปล่อยออกมาเมื่อมีความต้องการไฟฟ้าที่สูง ด้วยการผลิตพลังงานหมุนเวียนที่เพิ่มขึ้น ความต้องการ BESS จึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น ใน UK มีการวางแผนโครงการมากกว่า 700 โครงการ
เนื่องจากเป็น ” container ที่เต็มไปด้วยแบตเตอรี่” จึงต้องมั่นใจในความปลอดภัยของ BESS ฉะนั้นจำเป็นต้องมีการตรวจวัดก๊าซ เพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมของก๊าซ เช่น ในระเบียบของ UK NFPA 855 ที่สามารถตรวจวัดก๊าซนอกระบบที่อาจเกิดขึ้นในระบบระบายอากาศอย่างต่อเนื่องได้
ระบบตรวจวัดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอย่างต่อเนื่อง CEMS II e สามารถใช้ในการตรวจสอบช่องระบายอากาศสำหรับก๊าซใดๆ ที่สนใจ ด้วยการใช้เทคโนโลยี FTIR ทำให้สามารถระบุและวัดปริมาณก๊าซได้มากถึง 50 ชนิดพร้อมกัน รวมถึงส่วนประกอบต่างๆ เช่น HF
การใช้งานการตรวจจับก๊าซอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับ Li-Ion batteries มักจะเกี่ยวข้องกับการขนส่งหรือคลังสินค้าของ LIB บริษัทหลายแห่งกำลังพัฒนาและผลิตตู้คอนเทนเนอร์ที่แตกต่างกันสำหรับการขนส่งซ้ำๆ หรือเพื่อการจัดการสถานการณ์ Li-Ion batteries ที่เป็นอันตรายโดยการปิดผนึกภาชนะ การวิเคราะห์ก๊าซโดยทั่วไปจำเป็นต้องศึกษาประสิทธิภาพและความปลอดภัยของภาชนะบรรจุเหล่านี้ GT6000 Mobilis คือระบบที่ใช้งานได้ง่ายสำหรับการตรวจวัดก๊าซอันตรายที่อาจเกิดขึ้นซึ่งเกิดจากการไหลเวียนของความร้อน LIB
การใช้งานใน Li-Ion batteries อื่นๆจะเกี่ยวข้องกับการขนส่งหรือคลังสินค้า ซึ่งบริษัทหลายแห่งกำลังพัฒนาและผลิตภาชนะที่แตกต่างกันสำหรับการขนส่ง หรือการจัดการกับอันตรายในการปิดภาชนะ การวิเคราะห์ก๊าซโดยทั่วไปจำเป็นต้องศึกษาประสิทธิภาพและความปลอดภัยของภาชนะที่ใช้บรรจุ โดยเครื่องวิเคราะห์รุ่น GT6000 Mobilis เป็นระบบที่ใช้งานได้ง่ายสำหรับการตรวจวัดก๊าซอันตรายที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากกระบวนการปล่อยความร้อน
สนใจผลิตภัณฑ์ติดต่อ
ลูกค้าอุตสาหกรรมทั่วไป : คุณพณิชรัตน์ โทร. 092-282-3339
ลูกค้าภาคตะวันออก : คุณลัดดาวัลย์ โทร. 092-248-9991
หน่วยงานราชการ : คุณนันท์นภัส โทร. 092-282-3223
สถาบันการศึกษา : คุณสาธิดา โทร. 092-282-3335
หรือ Line ID : @entech
