Tinjauan Emisi Gas dari Kegagalan Thermal Runaway Baterai Lithium-Ion — Tinjauan Senyawa Toksik dan Mudah Terbakar


Risiko utama yang terkait dengan emisi gas dari baterai lithium-ion (LIB) selama thermal runaway (TR) meliputi:

  1. Flamabilitas: Gas-gas yang dilepaskan selama TR—seperti hidrogen, karbon monoksida, dan berbagai hidrokarbon—sangat mudah terbakar. Hal ini menciptakan risiko kebakaran dan ledakan yang signifikan, terutama di ruang tertutup di mana konsentrasi gas dapat mencapai tingkat yang eksplosif.

  2. Toksisitas: Gas buang yang dilepaskan selama peristiwa TR pada LIB mengandung zat beracun seperti karbon monoksida (CO), hidrogen fluoride (HF), asam klorida (HCl), hidrogen sianida (HCN), dan nitrogen oksida (NOx). Paparan terhadap gas-gas ini menimbulkan risiko kesehatan serius, termasuk masalah pernapasan dan keracunan.

  3. Komposisi Gas yang Kompleks: Komposisi gas yang dilepaskan dapat bervariasi berdasarkan jenis bahan aktif, status pengisian (SOC), dan faktor desain. Kompleksitas ini memerlukan pertimbangan yang hati-hati untuk menilai risiko terkait secara akurat.

  4. Skala Emisi: Volume gas yang dihasilkan meningkat seiring dengan kapasitas baterai, yang dapat meningkatkan bahaya pada sistem atau modul baterai yang lebih besar.

  5. Reaksi Kimia: Beberapa emisi gas dapat menyebabkan reaksi sekunder yang dapat memperburuk risiko kebakaran, terutama ketika bercampur dengan senyawa volatile lain yang ada di lingkungan.

  6. Dampak Kondisi Penggunaan: Kondisi seperti pengisian berlebihan atau penyalahgunaan fisik dapat mengubah perilaku LIB secara signifikan selama TR, meningkatkan kemungkinan dan tingkat keparahan emisi gas.


Berbagai material baterai lithium-ion (LIB) menunjukkan tingkat flamabilitas dan toksisitas yang berbeda, yang merupakan perhatian utama selama peristiwa thermal runaway (TR). Berikut adalah perbandingan beberapa material aktif baterai:

  1. Flamabilitas:

  • NMC (Nickel Manganese Cobalt): Baterai NMC umumnya menghasilkan lebih banyak gas buang per unit energi dibandingkan dengan kimia lainnya, yang mengakibatkan potensi lebih tinggi untuk pembangkitan gas yang mudah terbakar selama TR. Telah terbukti bahwa baterai ini melepaskan gas yang mudah terbakar dalam jumlah yang lebih besar.

  • LFP (Lithium Iron Phosphate): Meskipun baterai LFP sering dianggap "lebih aman" karena suhu maksimum dan pembangkitan panas yang lebih rendah, mereka dapat menghasilkan gas yang mudah terbakar dalam jumlah substansial, terutama jika tidak ada api yang terlihat. Suhu thermal runaway yang lebih rendah membuatnya lebih rentan mengeluarkan gas vent tanpa pembakaran, yang dapat menyebabkan emisi awan uap dan meningkatkan risiko ledakan awan uap.

  1. Toksisitas:

  • LFP: Gas buang dari baterai LFP cenderung lebih toksik pada status pengisian (SOC) yang lebih rendah. Gas-gas yang dilepaskan, termasuk HF dan senyawa berbahaya lainnya, menimbulkan risiko kesehatan serius saat terpapar.

  • NMC: Meskipun baterai NMC lebih toksik pada SOC yang lebih tinggi, mereka juga mengeluarkan jumlah karbon monoksida (CO) yang signifikan, yang sangat toksik. Selain itu, mereka menghasilkan gas buang secara keseluruhan lebih banyak dibandingkan dengan baterai LFP.

  1. Ringkasan Perbandingan:

  • Baterai LFP mungkin menghasilkan konsentrasi gas toksik yang lebih tinggi pada SOC rendah, tetapi secara keseluruhan, baterai NMC cenderung menghasilkan volume gas buang spesifik yang lebih besar dan tingkat CO absolut yang lebih tinggi, yang meningkatkan risiko toksisitasnya pada SOC yang lebih tinggi.

  • Perbedaan dalam volume gas buang, komposisi, dan bahaya terkait flamabilitas serta toksisitas berarti bahwa penilaian keselamatan harus mempertimbangkan kimia spesifik yang digunakan dalam desain baterai.

meskipun baterai LFP mungkin terlihat lebih aman dalam kondisi tertentu, baterai NMC dapat menimbulkan risiko yang lebih signifikan terkait emisi gas, yang memerlukan manajemen risiko dan protokol keselamatan yang hati-hati.

Referensi 

Review article Review of gas emissions from lithium-ion battery thermal runaway failure — Considering toxic and flammable compounds Peter J. Bugryniec a , Erik G. Resendiz a , Solomon M. Nwophoke a , Simran Khanna b , Charles James c , Solomon F. Brown a,∗ 


https://doi.org/10.1016/j.est.2024.111288

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Bagaimana Baterai Bisa Mengalami Kerusakan atau Kegagalan??

Gambar
 Salah satu hal paling penting dalam desain baterai adalah keamanan. Keamanan dapat terjadi dalam bentuk perubahan kimia dalam sel, separator yang digunakan, pemilihan bahan aktif, dan elektrolit yang digunakan. Tetapi pada dasarnya, keamanan lithium-ion dapat dilakukan dengan melindungi sel dalam sistem dan tetap terjaga dalam rentang suhu dan tegangan optimal agar menghindari kegagalan yang dapat menyebabkan bahaya bagi pengguna teknologi yang menggunakan sel lithium ion. Berikut merupakan jenis dan penyebab failure mode yang dapat terjadi pada baterai lithium-ion yang dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1.  Jenis dan Penyebab Failure Mode Kegagalan sel baterai dapat disebabkan oleh beberapa faktor utama seperti korsleting, penguapan (gassing), dan pertumbuhan impedansi. Korsleting, baik internal maupun eksternal, sering disebabkan oleh serpihan, pertumbuhan dendrit, atau penyusutan separator, serta material asing yang menghubungkan antar tab atau menyebabkan penet...
Baca selengkapnya

Prinsip Kerja Baterai Ion Lithium

Gambar
Prinsip kerja sederhana dari baterai ialah energi kimia dikonversi menjadi energi listrik, atau sebaliknya. Pada baterai ion lithium lebih dikenal sebagai reaksi reduksi dan reaksi oksidasi. Reaksi penambahan jumlah elektron dari molekul atau atom disebut reaksi reduksi, sedangkan reaksi pengurangan jumlah elektron dari molekul atau atom disebut reaksi oksidasi [1]. Berikut skema charge discharge untuk baterai ion lithium seperti Gambar 1 [2] Gambar 1. Skema prinsip pengisian dan pengosongan baterai sekunder ion lithium[2] Dalam baterai ion lithium, katoda dan anoda masing-masing terdiri dari bahan yang berbeda yang dapat disematkan secara reversibel dan melepaskan ion lithium. Terdapat separator dan garam lithium sebagai elektrolit kemudian dilarutkan dalam campuran pelarut seperti dimetil karbonat, etilen karbonat (EC), atau propilen karbonat (PC) [3]. Selama pengisian, ion Li+ dilepaskan dari katoda dan mendapatkan elektron pada anoda, yang direduksi menjadi lithium dan d...
Baca selengkapnya

Elektrolit Keramik Padat untuk Baterai Ion Lithium

Gambar
 Elektrolit keramik dalam baterai litium-ion berfungsi sebagai media padat bagi ion litium untuk berpindah antara anoda dan katoda selama siklus pengisian dan pengosongan. Begini cara kerjanya: 1. **Konduktivitas Ionik**: Elektrolit keramik biasanya terbuat dari senyawa berbasis litium (seperti Li10GeP2S12 atau Li7La3Zr2O12) yang menunjukkan konduktivitas ionik tinggi. Hal ini memungkinkan ion litium bermigrasi melalui struktur keramik secara efisien. 2. **Struktur**: Struktur kristal keramik memberikan kerangka stabil yang memfasilitasi pergerakan ion litium namun tetap kedap terhadap elektron dan spesies lain, sehingga membantu mencegah korsleting. 3. **Stabilitas Elektrokimia**: Elektrolit keramik dapat menahan voltase dan suhu yang lebih tinggi dibandingkan elektrolit cair tradisional, sehingga cocok untuk aplikasi energi dan suhu tinggi. 4. **Keamanan**: Menjadi padat, elektrolit keramik mengurangi risiko kebocoran dan sifat mudah terbakar yang terkait dengan elektrolit cair, ...
Baca selengkapnya