Горит ли электролит: Почему взрываются аккумуляторы? — все самое интересное на ПостНауке — Официальная продажа грузовиков MAN и Mercedes, а также полуприцепов Wielton и Shmitz по России

Содержание

Kак взрываются литий-ионные аккумуляторы / Хабр

Последнее время тема самовозгорания литий-ионных аккумуляторов часто мелькает в заголовках новостей: то смартфон загорится, то ховерборд, а то и автомобиль. Так что же происходит внутри аккумулятора во время термического разгона и почему возникает самовозгорание?

Литий-ионные аккумуляторы состоят из анода и катода, разделённых пористым полимерным сепаратором. Активным материалом катода чаще всего являются оксиды переходных металлов со встроенными в кристалл ионами лития. В аноде обычно используется графит. Электролит, которым залита электрохимическая ячейка, представляет собой органический раствор солей лития. При первой зарядке, производимой фирмой-изготовителем, при встраивании лития в анод на электродах (особенно на аноде) образуется защитный ион-проводящий слой (SEI), состоящий из разложившегося электролита. Этот слой защищает электроды от паразитических реакций с электролитом.

Чаще всего причиной самовозгорания аккумуляторов является короткое замыкание внутри электрохимической ячейки. Электрический контакт между анодом и катодом может возникнуть по многим причинам. Это может быть, например, механическое повреждение ячейки. Ещё внутреннее короткое замыкание возникает из-за нарушения технологии производства при неровной нарезке электродов или попадании металлических частиц между анодом и катодом, что ведёт ко повреждению пористого сепаратора. Также причиной внутреннего короткого замыкания может быть «прорастание» цепочек металлического лития (дендритов) через сепаратор. Такой эффект возникает, если ионы лития не успевают встроиться в кристалл анода при слишком быстрой зарядке или низкой температуре, а также если ёмкость активного материала катода превышает ёмкость анода, в результате чего на поверхности анода появляются микроскопические отложения, которые постепенно растут.

Итак, после того, как произошло короткое замыкание, аккумулятор начинает нагреваться.

Когда температура достигает 70-90 °C, ион-проводящий защитный слой на аноде начинает разлагаться. А дальше литий, встроенный в анод, вступает в реакцию с электролитом, выделяя летучие углеводороды: этан, метан, этилен и т.д. Но, несмотря на наличие такой взрывоопасной смеси, возгорания не происходит, так как в системе пока нет кислорода.

Так как реакции с электролитом экзотермические, температура и давление внутри аккумулятора продолжают повышаться. Когда температура достигает 180-200 °C, материал катода, обычно представляющий из себя оксид переходных металлов со встроенным в кристалл литием, вступает в реакцию диспропорционирования и выделяет кислород. Вот тут-то и происходит самовозгорание и ещё более резкий скачок температуры. Параллельно идёт термическое разложение электролита (200-300 °C), также выделяющее тепло. Выглядит это так:

И, в конце концов, в реакцию с электролитом (если он ещё остался) вступает графит, а когда температура достигает 660 °C, плавится алюминиевый токоприёмник.

Выше 900°C температура обычно не поднимается, так как разлагаться уже нечему.

Помимо внутреннего короткого замыкания существуют и другие причины самовозгорания: перегрев аккумулятора, неправильная зарядка/разрядка (превышение максимально допустимого напряжения, зарядка на высоких токах, слишком глубокая разрядка), и т.д. Но все эти причины приводят к одному результату: термическому разгону и разложению электролита при взаимодействии с электродами. Различаются только порядки вышеописанных реакций и их скорость.

Естественно, производители аккумуляторов предусмотрели системы защиты от самовозгорания, и чем больше и мощнее аккумулятор, тем больше степеней защиты он содержит. Одним из видов защиты от небольшого короткого замыкания является пористый сепаратор, который при локальном повышении температуры становится непроницаемым и препятствует, к примеру, дальнейшему росту дендритов внутри аккумулятора. Но иногда температура повышается слишком быстро, и сепаратор просто плавится, в результате чего анод соприкасается с катодом.

Также аккумуляторы оборудованы предохранителями и клапанами, которые при повышении давления и температуры внутри либо отключают электроды от цепи, либо способствуют выходу наружу скопившегося газа. В последнем случае, так как газы легковоспламеняющиеся, при контакте с кислородом снаружи возникает пламя. Пример действия защитных клапанов можно было наблюдать при аварии с участием автомобиля Тесла Model S, где аккумулятор был пробит крупным металлическим предметом. Так как в Тесле клапаны аккумуляторов были направлены вниз на асфальт и отдельные блоки были хорошо изолированы друг от друга, сгорела лишь передняя часть аккумулятора (как сказал Элон Маск, если бы тот же металлический предмет пробил бак с бензином, машины бы сгорела целиком).

Кстати, термическая изоляция отдельных блоков в крупном аккумуляторе очень важна. Если в вышеупомянутом примере аккумулятор Теслы не загорелся полностью из-за хорошей термоизоляции, то в случае аккумулятора на борту Боинга 787 самовозгорание произошло из-за того, что блоки были недостаточно изолированы друг от друга, что привело к перегреву всей системы.

Также литий-ионные аккумуляторы оснащены контроллерами, сенсорами, балансирами заряда, и т.д. Подробнее про системы безопасности аккумуляторов можно почитать тут.

Как видно из этого поста, самый опасный компонент аккумулятора- электролит, который разлагается на легковоспламеняющиеся компоненты при повышении температуры. На сегодняшний день учёные пытаются найти более стабильные альтернативы: ионные жидкости, полимерные электролиты, твёрдотельные керамические электролиты и т.д. Но это-отдельная тема…

Источники:

» Journal of The Electrochemical Society, 158 3 R1-R25 2011
» Journal of Power Sources 208 (2012) 210– 224
» www.electrochem.org/dl/interface/sum/sum12/sum12_p037_044.pdf
» www.powerinfo.ru/accumulator-liion.php
» www.treehugger.com/cars/elon-musk-letter-explains-why-tesla-model-s-caught-fire.html

Электролит калиево-литиевый — ТОВ «ХІМСЕЙЛ»

Электролит —вещество, расплав или раствор которого проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, однако само вещество электрический ток не проводит. Щелочной электролит – для кадмиевоникелевых и железоникелевых аккумуляторов. Раствор едкого калия (KOH) в дистиллированной воде. В жидком состоянии прозрачный с небольшим желтоватым оттенком. Электролит не имеет запаха, не горит. Состоит из водного раствора гидроокисей калия и лития (калиево-литиевый). Общим элементом щелочных электролитов является гидроксид лития, благодаря которому увеличивается емкость щелочных аккумуляторов и их срок службы.

Электролит калиево-литиевый щелочной твердый представляет собой чешуйки однородного сплава серо-зеленого, серо-фиолетового или серого цвета, получаемого на основе плава калия гидроокиси технической и лития гидроокиси технической.

Электролит является сильной щелочью. Используется для получения растворов плотностью 1,19-1,21 г/см³. Растворы заливают в щелочные аккумуляторы.

Для приготовления электролита твердый набор необходимо растворить в дистиллированной.

Свойства электролита

Вид – чешуйки однородного

Цвет – серо-зеленого, серо-фиолетового или серого цвета

Запах – без запаха

Функциональность – раствор проводит электрический ток

Плотность — 1,19-1,21 г/см³.

Сертификат:

Показатели	Норматив	Испытание
Внешний вид	чешуйки однородного сплава серо-зелёного, серо-фиолетового цвета	Соответствует
Массовая доля едкого калия (КОН), %, не менее	91,8847	91,8846
Калий углекислый (К2СО3), %, не более:	1,9	1,9
Хлориды (Cl), %, не более	0,75	0,74
Сульфаты (SO4), %, не более	0,03	0,029
Кальций (Ca), %, не более	0,005	0,0049
Общий азот нитратов и нитритов (N), %, не более:	0,003	0,0028
Литий гидроксид (LiОН), %, не более:	3,4	3,39
Натрий (NaОН), %, не более:	2,0	1,99
Железо (Fe), %, не более	0,035	0,0349
Алюминий (Al) , %, не более	0,005	0,0048
Кремний (Si) , %, не более	0,02	0,019

Применение электролита калиево-литиевого

Электролиты, используемые в щелочных аккумуляторах, являются калиево-литиевым либо натриево-литиевым раствором. Эти растворы взаимозаменяемы, однако совмещать их нельзя. Также они предназначены для использования в разных климатических условиях.

Безопасность

Электролит калиево-литиевый щелочной не горюч. Опасен при попадании на кожу и слизистые оболочки.

Компания «Химсейл» предлагает купить электролит калиево-литиевый по хорошей цене

Тара – упаковка 3,5 кг

Производство

Электролит цена — опт и в розницу со склада в Киеве

Доставка — в Ваш регион коммерческими перевозчиками

Подробная информация — наши менеджеры Вам предоставят полную и профессиональную информацию по телефону: +38044-228-00-50

Написать нам — email: [email protected]

Электролиты мышечной ткани обожженных

Сравнительное исследование

. 1982 г., янв.; 8(3):210-4.

doi: 10.1016/0305-4179(82)

-2.

А. Новарини, А. Монтанари, А. Курти, А. Аццолини, А. Боргетти

PMID: 7059865
DOI: 10.1016/0305-4179(82)
-2

Сравнительное исследование

A Novarini et al. Burns Incl Therm Inj. 1982 Январь

. 1982 г., янв.; 8(3):210-4.

doi: 10.1016/0305-4179(82)

-2.

Авторы

А. Новарини, А. Монтанари, А. Курти, А. Аццолини, А.

Боргетти

PMID: 7059865
DOI: 10.1016/0305-4179(82)
-2

Абстрактный

В группе пациентов с ожогами, покрывающими не менее 20 % площади поверхности тела (ППТ), внеклеточные электролиты и кислотно-щелочное состояние, а также внутриклеточные электролиты и азот (биопсия мышечной иглы) измерялись как на ранней стадии (12–24 часов) и через 7-14 дней после ожоговой травмы. В острой фазе ожога внеклеточные электролитные и кислотно-щелочные нарушения встречаются редко, в то время как внутриклеточные данные показывают увеличение мышечного натрия, снижение мышечного калия и магния и нормальное содержание азота в мышечных клетках. В более поздней фазе ожога, несмотря на адекватное снабжение жидкостью, электролитами и белками и калориями, изменения электролитов кажутся нескорректированными; снижения содержания азота в мышечных клетках не обнаружено.

Наши данные могут свидетельствовать о том, что дефекты натрий-калиевого насоса в клеточной мембране, которые, как считается, являются причиной ожогов, не улучшаются при адекватном потреблении жидкости и белково-калорийной пищи; тем не менее, стойкое истощение калия в мышцах также согласуется со снижением клеточной «емкости» по калию, возможно, из-за катаболизма мышечного белка, хотя значения белка в мышечных клетках не показывают значительного снижения.

Типы публикаций

термины MeSH

вещества

Осложнения ожогов · Органная недостаточность, метаболизм, электролиты, питание

Ожоги приводят к местным и системным осложнениям. В этой статье подробно описаны эти осложнения и лечение пациентов с ожогами.

Сводная карта

Модель ожоговой раны Джексона
Описывает зоны коагуляции (гибель клеток), стаза (нарушение микроциркуляции) и гиперемии (воспалительная реакция).

Гиповолемия
Гиповолемия из-за перемещения белка и жидкости из внутрисосудистого в интерстициальное пространство из-за увеличения проницаемости капилляров.

Гиперметаболическая реакция при ожогах
Ожог приводит к изменениям метаболизма, гормонов, кардиореспираторной функции, функции желудочно-кишечного тракта и иммунитета.

Питание пациентов с ожогами
Питание поддерживает массу тела пациента и снижает риск кишечной непроходимости, бактериальной транслокации и долгосрочных проблем с иммунитетом.

Желудочно-кишечная система при ожогах
Существуют три основные проблемы: язва желудка, кишечная непроходимость и повреждение слизистой оболочки. Она тесно связана с питанием и энтеральным питанием.

Травма почек при ожогах
Почечная недостаточность связана с гиповолемией, приемом лекарств, сердечной дисфункцией и сепсисом. Это усугубляется гемохромогенами.

Электролитный дисбаланс при ожогах
Наиболее часто поражаются натрий, калий и глюкоза. Их дисбаланс меняется со временем по мере развития ожога.

Флэш-карточки
Флэш-карточки, основанные на фактических данных, для улучшения вашей активной памяти.

‌

Обзор Осложнения ожогов

Ключевой момент

Ожог оказывает на пациента полиорганное воздействие. Высвобождение медиаторов воспаления и нервная стимуляция приводят как к местным, так и к системным эффектам.

Местные эффекты ожога основаны на модели ожога Джексона, которая описывает зоны коагуляции, стаза и гиперемии.

Системные эффекты ожога включают

Жидкость и электролиты: гиповолемия, дисбаланс натрия и калия.
Метаболизм: гиперметаболизм, питание,
Органы: кардиореспираторная, печеночная, почечная,
Инфекция: сепсис, токсико-шоковая система.

Осложнения A Burn

‌ ‌

Модель Burn Rant

‌

Ключевая точка

Модель ожоговой раны Джексона описывает зоны Совместное (гибель клеток). , и гиперемия (воспалительная реакция).

Модель ожоговой раны Джексона утверждает, что существует 3 зоны термического ожога: коагуляция, стаз и гиперемия. Это основано на работе Джексона в 1950-е годы.

Модель ожоговой раны Джексона

Зона коагуляции (гибель клеток)

Внутренняя зона (ближайшая к источнику ожога)
Тепло не может быть достаточно быстро отведено
Происходит немедленная коагуляция клеточных белков, происходит быстрая гибель клеток

Зона стаза (кровообращение)

Промежуточная зона, окружающая зону коагуляционного некроза
Меньшее прямое повреждение тканей, но большее повреждение микроциркуляции
При отсутствии лечения воспалительная реакция приводит к некрозу и увеличению глубины ожога.
Степень прогресса зависит от эффективности реанимации.

Зона гиперемии (воспаления)

Крайняя зона, окружающая область поврежденной сосудистой сети
Медиаторы воспаления приводят к расширению сосудов и повышению проницаемости.
Приводит к перемещению жидкости в интерстициальное пространство.
После первоначального ответа эта зона должна вернуться в нормальное состояние
Примерами медиаторов воспаления являются свободные радикалы кислорода и гистамин.

💡

Совет : степень некроза ткани зависит от степени ожога (температура, продолжительность) и лечения (первоначальная первая помощь и инфузионная терапия). Гиповолемия при ожогах Это в первую очередь связано с перемещением белка и жидкости из внутрисосудистого в интерстициальное пространство, вызванным увеличением проницаемости капилляров.

Гиповолемия приводит к «ожоговому шоку». Он начинается на клеточном уровне (Baxter, 1968, Moyer, 1965, Arturson, 1979) и представляет собой комбинацию распределительного, кардиогенного и гиповолемического шока.

Ключевые компоненты физиологических изменений при ожоге:

Внутриклеточный сдвиг натрия способствует гиповолемии и клеточному отеку.
Локальная вазоконстрикция и системная вазодилатация образуют воспалительные и вазоактивные медиаторы.
Перемещение жидкости из внутрисосудистого в интерстициальное пространство из-за повышенной проницаемости сосудов из-за разрыва капилляров.

Точная оценка глубины ожога и общей площади поверхности тела позволит провести эффективную инфузионную терапию при гиповолемии.

💡

Факт : этот патофизиологический ответ усугубляется снижением сердечного выброса и повышением системного сосудистого сопротивления.

Гиперметаболический ответ при ожогах

‌

Ключевой момент

После гиподинамического периода возникает гиперметаболический ответ на клеточном и гуморальном уровне, приводящий к изменениям метаболизма, гормонов, кардиореспираторной функции, функции желудочно-кишечного тракта и иммунитета.

Реакцию на ожог можно описать как «приливы и отливы». Отлив представляет собой динамический период гипо, который происходит примерно через 48 часов после ожога, за которым следует фаза метаболического потока гипер. Эта реакция не возвращается к «нормальной» до тех пор, пока не завершится ремоделирование раны.

Клинически у этих пациентов наблюдаются тахикардия, гипертермия и потеря белка.

Физиология

На физиологическом уровне гиперметаболический ответ возникает из-за:

Гипердинамического кровообращения: увеличения сердечного выброса, увеличения потребления кислорода и производства СО2.
Гипертермия : внутренняя температура может быть хронически повышенной.
Гормональный сдвиг : повышенный уровень гормонов стресса кортизола, катехоламинов и пониженный уровень анаболических гормонов (гормон роста, инсулин и анаболические стероиды)
Повышение уровня глюкозы : Повышенный гликогенолиз вызывает гипергликемию (избыток глюкозы метаболизируется анаэробно, что приводит к выработке лактата), что приводит к диабетическому состоянию.
Увеличение лактата : анаэробный метаболизм, приводящий к углеводному циклу (меньше энергии, чем при аэробном метаболизме) с пониженным балансом нитиогрена.

Эффект реакции

Это приводит к ряду осложнений и заболеваний

Снижение иммунитета на клеточном и гуморальном уровне приводит к увеличению инфекций и снижению заживления. Уровень циркулирующих иммуноглобулинов снижен.
Потеря массы тела в результате распада мышечного белка ухудшает заживление ран и реабилитацию. Наблюдается повышенное центральное отложение жира, снижение минерализации костей и снижение продольного роста тела.
Желудочно-кишечные расстройства: усиление бактериальной транслокации, которое можно свести к минимуму, очень рано начав энтеральное питание.

💡

Факт : «Приливы и отливы» впервые были описаны Катбертсоном в 1942 году. снизить риск кишечной непроходимости, бактериальной транслокации и долгосрочных проблем с иммунитетом.

Питание является ключевым аспектом лечения ожогов из-за гиперметаболической реакции, влияющей на безжировую массу тела, и значительных сдвигов в жидкости и электролитах

Цели

Нормальное питание через желудок как можно раньше после ожоговой травмы.

Поддержание массы тела пациента
Поддержание уровня белка
Стабилизация нарушений жидкости и электролитов

В течение этого времени пациентов следует ежедневно взвешивать, регистрировать движения кишечника и документировать дополнительные привычки или запросы в еде.

Пищевые смеси

Потребности в питании у пациентов с ожогами связаны с расходом энергии в покое (REE) . Это можно рассчитать различными способами:

Калориметрическое тестирование потребления кислорода и продукции CO2
Уравнение Шофилда (для основного обмена веществ)
Уравнение Харриса-Бенедикта (для расхода энергии в состоянии покоя)

Количество калорий потребность у ожогового пациента можно рассчитать по формуле:

Взрослые — Формула Куррери: 25 ккал/кг + 40 ккал/%TBSA каждые 24 часа
Дети — Формула Галвестона: 1500 ккал/м ² + 1500 ккал/м ² BSA сжигание

Формула Галвестона требует расчета BSA по формуле Дю Боя: BSA [м ² ] = Вес [кг] ^0,425 904 × высота (3 см) 0,725 × 0,007184.

Способ питания

Пациенты с ожогами могут получать питание тремя способами: перорально, энтерально или парентерально.

Вот ключевые моменты, касающиеся различных вариантов

Перорально: рекомендуется, если это клинически возможно
Энтеральное введение через назогастральный или назоеюнальный зонд для поддержания состояния слизистой оболочки, снижения транслокации бактерий (грамотрицательных) и предотвращения кишечной непроходимости.
Парентерально: вместо обычно используется из-за влияния на жировую инфильтрацию печени, снижение иммунной функции и сепсис. Это связано с нарушением иммунитета слизистых оболочек и усиленной транслокацией эндотоксинов.

Педиатрические пациенты

Дети более склонны к расширению желудка. Это можно преодолеть с помощью назогастрального зонда на свободном дренаже
Высокая скорость метаболизма приводит к меньшей устойчивости к лишению питания.
Очень раннее энтеральное питание должно быть налажено, как только они поступят в центр радикального лечения.

Желудочно-кишечная система при ожогах

Ключевой момент

Обычно при ожогах поражаются желудочно-кишечная и мочеполовая системы. Оба связаны с отсутствием потока (воды или пищи) у пациентов.

Желудочно-кишечные осложнения тесно связаны с питанием в предыдущем разделе. Есть три основных проблемы: язва желудка, кишечная непроходимость и повреждение слизистой оболочки.
- Непроходимость кишечника: может возникнуть адинамический кишечник, который предотвращается ранним энтеральным питанием.
- Слизистая оболочка: повреждение слизистой оболочки происходит из-за недостаточного питания. Это приводит к бактериальной транслокации (циркуляции кишечника) и последующему грамотрицательному сепсису.
- Изъязвление: высокий риск развития острой язвы желудка, который можно снизить с помощью ингибиторов протонной помпы, антагонистов h3 и энтерального питания.
💡

Факт: Язвы Керлинга — одноименное название язв двенадцатиперстной кишки при ожогах.

Повреждение почек при ожогах

Key Point

Почечная недостаточность при ожогах имеет многофакторную этиологию, часто связанную с гиповолемией, приемом лекарств, сердечной дисфункцией и сепсисом. Это усугубляется гемохромогенами в моче.

Острое повреждение почек

Почечная недостаточность при ожогах имеет многофакторную этиологию, которая часто связана с гиповолемией, приемом лекарств, сердечной дисфункцией и сепсисом. Его можно лечить с помощью:
1. Инфузионная терапия
2. Мониторинг диуреза: норма составляет 0,5–1,0 мл/кг/ч у взрослых, 1,0–1,5 мл/кг/ч у детей. Это значение должно быть увеличено при ОПП или миоглобинурии.
3. Маннитол : ренопротекторный осмотический диуретик
Гемоглобинурия

Миоглобин и гемоглобин являются гемохромогенами, окрашивающими мочу в грязно-красный цвет. Они высвобождаются при повреждении тканей, особенно мышц, и отложении в проксимальных канальцах почек. Это может привести к острой почечной недостаточности.

Лечится тем же методом, что и острая почечная недостаточность, описанная выше.
1. Увеличить диурез до 2 мл/кг/ч
2. Рассмотреть возможность маннитола
3. Рассмотреть возможность выполнения фасциотомии (в отличие от эхаротомии, при которой не освобождаются глубокие мышечные фасции).
Олигурия

Олигурия — низкий диурез. Это тесно связано с неадекватной инфузионной реанимацией. Его управление заключается в увеличении скорости инфузии, контроле диуреза и соответствующем титровании дозы. Диуретики обычно не рекомендуются для изолирования олигурии.

Пациенты с высоким риском потребности в большем количестве жидкости (Maybauer et al, 2009):
- Дети
- Отсроченная реанимация
- Вдыхание или поражение электрическим током.
💡

Совет: диурез следует считать «дополнительным жизненно важным признаком». Это отличный показатель медицинской стабильности пациента.

Дисбаланс электролитов при ожогах

Ключевые моменты

Натрий, калий и глюкоза являются наиболее часто нарушаемыми электролитами у пациентов с ожогами. Их дисбаланс меняется со временем по мере развития ожога.

Ожоговый больной является жертвой значительных сдвигов жидкости и электролитов.

Двумя распространенными нарушениями электролитного баланса являются натрий и калий. Другие затронутые электролиты включают кальций, магний и фосфат. Это показано на диаграмме ниже.
Натрий и калий при ожогах
Натрий
- Первоначально низкий , так как натрий выходит из внеклеточного пространства из-за повышенной проницаемости сосудов. У детей повышен риск дилюционной гипонатриемии.
- После реанимации может быть высоким из-за жидкости (содержит натрий) и натрия, возвращающегося во внеклеточное пространство.

ООО «Центр Грузовой Техники»