Thermal behavior of LiFePO4 battery at faster C-rates and lower ambient temperatures

发热 电池(电) 热扩散率 过电位 热失控 电解质 传热 材料科学 放热反应 欧姆接触 泄流深度 电极 分析化学(期刊) 电化学 核工程 化学 复合材料 物理 热力学 功率(物理) 物理化学 图层(电子) 色谱法 工程类
作者
Sankhadeep Sarkar,Md. Tanjin Amin,Mahmoud M. El‐Halwagi,Faisal Khan
出处
期刊:Chemical Engineering Research & Design [Elsevier BV]
卷期号:186: 118-133 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.psep.2024.03.095
摘要

Extensive focus is needed on the thermal safety of lithium-ion batteries at extreme operating conditions to prevent fire incidents. To accurately investigate the thermal behavior, this study employs a robust electrochemical-thermal model (P2D-T). The model incorporates temperature and concentration-dependent electrochemical parameters translating into an accurate prediction of temporal-spatial temperature variations, heat generation terms and shift in controlling mechanisms. The model has been validated with experimental data (18650 LiFePO4) and computed for a discharge rate of 1 C to 5 C and ambient temperature of 258.15 K to 328.15 K. Results reveal that at normal ambient temperature, the cell temperature gradient rises with the discharge rate (∆T5c2.3=∆T3c1.6=∆T1C). Since, the discharge is electronic conductivity controlled (σs << σl), spatial non-uniform heat generation peaks form at the positive electrode. The dominant polarization heat (47% contribution, affected by overpotential and local current density) rises, complementing ohmic heat (27% contribution affected by transport resistance), while reversible reaction heat shifts to exothermic near the end of each discharge, contributing to the overall rise in cell temperature. At extreme conditions such as the discharge rate of 5 C and ambient temperature below 263.15 K (-10°C), the cell revealed a critical shift in heat generation mechanisms. Ohmic heat generation starts dominating (31% contribution) where ion transfer limitations (electrolyte diffusivity controlled) lead to non-uniform heat generation at the negative electrode rendering unsafe heat distribution with underutilization of energy (drops by 1.9 Wh/kg).

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
潇洒的诗桃应助哦哦哦采纳,获得10
刚刚
温暖烨霖完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
未夕晴发布了新的文献求助10
1秒前
小彭完成签到,获得积分10
1秒前
指间纯爷们关注了科研通微信公众号
1秒前
kckckckckc完成签到 ,获得积分10
1秒前
1秒前
1秒前
1秒前
ignih发布了新的文献求助10
2秒前
研友_VZG7GZ应助zhang采纳,获得10
2秒前
2秒前
牛牛完成签到,获得积分20
3秒前
3秒前
3秒前
Hello应助Lxx采纳,获得10
4秒前
滕擎发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
4秒前
4秒前
4秒前
研友_诺发布了新的文献求助10
4秒前
娄思菊发布了新的文献求助10
5秒前
Yu发布了新的文献求助10
5秒前
Me发布了新的文献求助10
5秒前
杨云波发布了新的文献求助20
5秒前
5秒前
我是老大应助珂颜堂AI采纳,获得10
5秒前
所所应助张静采纳,获得10
6秒前
henry完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
布谷驳回了乐乐应助
6秒前
6秒前
香蕉以菱发布了新的文献求助10
7秒前
Jasper应助无敌威化饼采纳,获得10
7秒前
7秒前
英俊的铭应助SDFSGFDR采纳,获得10
7秒前
韧战发布了新的文献求助10
8秒前
六六发布了新的文献求助10
8秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Kinesiophobia : a new view of chronic pain behavior 2000
Burger's Medicinal Chemistry, Drug Discovery and Development, Volumes 1 - 8, 8 Volume Set, 8th Edition 1800
Cronologia da história de Macau 1600
BRITTLE FRACTURE IN WELDED SHIPS 1000
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 1000
Developmental Peace: Theorizing China’s Approach to International Peacebuilding 1000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 物理化学 光电子学 细胞生物学 基因 电极 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6139614
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7967425
关于积分的说明 16542109
捐赠科研通 5254163
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2805478
邀请新用户注册赠送积分活动 1786026
关于科研通互助平台的介绍 1656011