لماذا تنفجر البطاريات؟ دور مراقبة الجودة

فهم الهروب الحراري

عند الحديث عن انفجارات البطاريات، يُستخدم مصطلح "الهروب الحراري" علميًا. وهو عبارة عن تفاعل متسلسل داخل خلية البطارية، حيث يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تغيير الظروف بطريقة تتسبب في ارتفاع إضافي في درجة الحرارة، مما يؤدي غالبًا إلى نتيجة مدمرة. ببساطة، تُولّد البطارية حرارة أسرع من قدرتها على تبديدها. بمجرد أن تصل درجة الحرارة الداخلية إلى عتبة معينة - عادةً حواليمن 130 درجة مئوية إلى 150 درجة مئويةيبدأ الفاصل بين المصعد والمهبط بالانصهار، مما يتسبب في إطلاق كمية هائلة من الطاقة. تحدث هذه العملية في غضون ثوانٍ، وبمجرد أن تبدأ، يكاد يكون من المستحيل إيقافها دون استخدام أنظمة إخماد حرائق متخصصة.

خطر حدوث دوائر قصر داخلية

يُعدّ قصر الدائرة الداخلية السبب الرئيسي لتلف البطاريات. يحدث هذا القصر عندما تتلامس الأقطاب الموجبة والسالبة مباشرةً داخل الخلية. في الظروف العادية، يفصل بينهما غشاء رقيق مسامي يُسمى الفاصل، سامحًا للأيونات بالتدفق. ولكن، إذا تضرر هذا الغشاء نتيجة صدمة ميكانيكية أو عيب في التصنيع، يتدفق التيار الكهربائي عبر مسار ذي مقاومة أقل. يُؤدي هذا التدفق المركز للتيار إلى تكوين بقعة ساخنة. نظرًا لكثافة الطاقة العالية في بطاريات الليثيوم أيون الحديثة أو بطاريات الرصاص الحمضية عالية السعة، فإن حتى ثقبًا مجهريًا قد يُؤدي إلى تلف الخلية بالكامل.

الإجهاد الخارجي والتأثير البيئي

تتأثر البطاريات بالبيئة المحيطة بها. يُعد التلف المادي، كثقب أو سحق حزمة البطارية، سببًا واضحًا للاحتراق. مع ذلك، تُشكل الحرارة المحيطة خطرًا مماثلًا. يؤدي تخزين البطاريات في مستودعات ذات درجات حرارة عالية أو بالقرب من آلات تُولد حرارة إلى تدهور الاستقرار الكيميائي للإلكتروليت. بالنسبة لبطاريات الرصاص الحمضية، تؤدي الحرارة الزائدة إلى فقدان الماء وتمدد الغلاف. أما بالنسبة لبطاريات الليثيوم، فتُسرّع الحرارة نمو طبقات SEI (طبقة التفاعل بين الإلكتروليت الصلب والطبقة البينية)، مما يزيد في النهاية من المقاومة الداخلية ويجعل البطارية أكثر عرضة لارتفاع درجة الحرارة أثناء الاستخدام.

دورات الشحن وإدارة الجهد

تُعدّ عملية الشحن المرحلة الأكثر حساسية للبطارية. يحدث الشحن الزائد عندما يتجاوز جهد الشحن الحدّ المُحدد للبطارية، مما يُؤدي إلى دخول أيونات زائدة إلى بنية القطب، مُسبباً عدم استقرارها. في أنظمة الرصاص الحمضية، يُؤدي الشحن الزائد إلى التحليل الكهربائي للماء، مُطلقاً غاز الهيدروجين القابل للاشتعال. أما في بطاريات الليثيوم، فقد يُسبب ترسب الليثيوم المعدني على سطح المصعد. هذه الترسبات المعدنية حادة وقد تُثقب الفاصل في النهاية، مُؤديةً إلى حدوث قصر الدائرة الداخلي المذكور سابقاً. يُعدّ استخدام نظام إدارة بطارية عالي الجودة (نظام إدارة المباني) خط الدفاع الأول، ولكن يجب أن تكون البطارية نفسها مُصممة لتحمّل هذه الضغوط.

عيوب التصنيع والشوائب

يمكن إرجاع العديد من أعطال البطاريات إلى بيئة التصنيع النظيفة - أو بالأحرى غيابها - خلال مرحلة التصنيع. قد لا تتسبب جزيئات الغبار الدقيقة أو برادة المعادن (النتوءات) التي تدخل أثناء عملية التجميع في حدوث عطل فوري، بل تعمل كبذور للمشاكل. فعلى مدار عشرات دورات الشحن والتفريغ، يمكن لهذه الشوائب أن تنتقل أو تُسبب إجهادًا موضعيًا على البنية الداخلية للخلية. لهذا السبب، يستثمر مصنّعو البطاريات عالية الجودة بكثافة في بيئات خالية من الغبار وأنظمة فحص آلية. يكفي وجود شظية معدنية مجهرية واحدة لتحويل بطارية عالية الأداء إلى خطر على السلامة بعد أشهر من مغادرتها المصنع.

أهمية لحام الأجزاء الرصاصية

في عالم البطاريات الصناعية، تُعدّ طريقة ربط المكونات الداخلية ببعضها البعض أمرًا بالغ الأهمية. في إنتاج بطاريات الرصاص الحمضية، تُستخدم تقنية اللحام عبر الجدار لربط الخلايا. إذا كان هذا اللحام ضعيفًا أو غير متجانس أو يحتوي على فراغات، فإنه يُولّد مقاومة كهربائية عالية. عند سحب تيار عالٍ من البطارية - كما هو الحال عند تشغيل محرك - ستسخن نقطة اللحام الضعيفة بسرعة. إذا وصلت درجة الحرارة عند نقطة اللحام إلى درجة انصهار الرصاص أو أشعلت الغازات المحيطة، فقد تنفجر البطارية.عمق اللحام والضغطهما المعياران الأكثر أهمية اللذان يحددان ما إذا كانت البطارية مصدر طاقة موثوقًا به أم قنبلة موقوتة.

معايير مراقبة الجودة العالمية

السلامة ليست وليدة الصدفة، بل هي نتاج بروتوكولات اختبار صارمة. تخضع البطاريات الموثوقة لسلسلة من الاختبارات تشمل الاهتزاز، والصدمات الميكانيكية، ومحاكاة قصر الدائرة الخارجية، ودورات درجات الحرارة القصوى. بالنسبة لمشتري الشركات، يُعدّ التحقق من استخدام المورّد للاختبار الآلي أمرًا بالغ الأهمية. فالفحص اليدوي عُرضة للخطأ البشري، لا سيما في خطوط الإنتاج ذات الأحجام الكبيرة. يضمن التشغيل الآلي أن كل وحدة تستوفي معايير السلامة نفسها بدقة. كما يُمكّن تسجيل البيانات أثناء عملية التجميع المصنّعين من تتبّع الوحدة المعيبة وصولًا إلى دقيقة إنتاجها، لتحديد ما إذا كانت دفعة من المواد الخام معيبة أو ما إذا كان هناك خلل في معايرة الآلة.

تحسين الإنتاج باستخدام التكنولوجيا المتقدمة

ولتجنب المخاطر المرتبطة بضعف الوصلات الداخلية وعيوب اللحام، يعتمد كبار المصنعين على حلول متكاملة مثلماكينة فحص اللحام عبر الجدران التحكم الرقمي الحاسوبي أوتوماتيكية بالكاملمن شركة أحسن تكنولوجيا مجموعة محدود. يعمل هذا النظام المتطور على تبسيط إنتاج بطاريات الرصاص الحمضية من خلال الجمع بين اللحام الدقيق بالتحكم الرقمي (كارولاينا الشمالية) والفحص الفوري للجودة. وبفضل أتمتة عملية اللحام عبر الجدار، تضمن الآلةاتساق بنسبة 100% في قوة اللحاممما يقلل بشكل كبير من خطر المقاومة الداخلية والاحتراق العرضي. وتكشف قدرات المراقبة الآنية عن عيوب قد تغيب عن العين البشرية، مما يضمن أن كل بطارية تغادر خط الإنتاج مُحسَّنة من حيث السلامة والأداء طويل الأمد. بالنسبة للشركات التي تتطلع إلى تحسين سلامة وكفاءة إنتاجها، يوفر هذا الحل المتكامل الدقة التقنية اللازمة للمنافسة في السوق العالمية.