Batteriesicherheitserziehung

Im September 2011 nahm ich in Louisville, Kentucky, an meiner ersten Branchenkonferenz teil, der Jahrestagung von NAATBatt. Ich war gerade erst in die Branche eingestiegen und versuchte, mich daran zu erinnern, was eine Anode und eine Kathode waren, und sortierte mich durch das Buchstaben-Sammelsurium von NMC, LFP, LCO, NMP, DEC, EC, LiPF6, PVDF und all den anderen. Etwa 50 Leute waren bei dem Treffen, und alle schienen sich zu kennen, und keiner von ihnen kannte mich. Ich erinnere mich, dass Jim Greenberger mich aufsuchte, mich in der Branche willkommen hieß und fragte, wie er mir helfen könne.

Letzte Woche waren 800 Leute bei der Jahrestagung 2024 von NAATBatt, eine 16-fache Zunahme, eine Verfünffachung in 13 Jahren. Wenn dies das Wachstum der Branche widerspiegelt – und ich denke, es unterschätzt es sogar – dann verdoppelt sich unsere Belegschaft etwa alle 2,5 Jahre, was bedeuten würde, dass 75 % unserer Belegschaft weniger als 5 Jahre Erfahrung haben. Vergleichen Sie dies mit meiner Zeit in der Textilindustrie, wo ich nach 10 Jahren in der Branche immer noch der „Neue“ war. Schon 2014, nach nur drei Jahren, wurde ich als Branchenveteran vorgestellt.

Bevor ich fortfahre, möchte ich fünf Freunden danken, die mich sehr früh in der Branche unter ihre Fittiche genommen und gefördert haben: Jim Greenberger, Shep Wolsky, Eric Darcy, Jim Kaschmitter und Joe Turner. Jeder von ihnen hat mich unterrichtet und mir vorgestellt und mich freundlich korrigiert und geleitet und mich und die Unternehmen, die ich zu gründen versucht habe, gefördert, und es ist schwer, den Wert der Mentorschaft auszudrücken, die ich von ihnen erhalten habe. Shep ist nicht mehr unter uns, aber ich habe die komödiantischen Stücke, die er geschrieben hat, gerne gelesen, und es tut mir leid, dass ich es nie nach Florida geschafft habe, um eines davon aufgeführt zu sehen.

Nun zu drei etwas lustigen Geschichten, mit einem Punkt am Ende, versprochen. Als wichtiger Disclaimer – versuchen Sie diese nicht zu Hause, wie Sie sehen werden.

1. Joe Turner und K2 Energy hatten einige 26650 LFP-Zellen für uns unter Verwendung unseres Dreamweaver Gold Separators hergestellt. Da ich wusste, dass der Separator eine große thermische Stabilität besaß, legte ich sie als Erstes in einen Ofen und erhöhte die Temperatur. Ich ging direkt auf 150 C, die maximale Temperatur, bei der ich jemals eine Zelle getestet gesehen hatte. Ich saß auf dem Boden vor dem Ofen, mit Kabeln für Thermoelemente und Spannungssonden, die in den Ofen führten und mich daran hinderten, ihn vollständig zu schließen. Eine Stunde lang nichts. Okay, 160 C. Dasselbe. 175 C, dasselbe. Kühn, 200 C. Eine weitere Stunde lang geschah nichts – Spannung stabil, Temperatur stabil. 220 C. Wieder nichts. Wir sind hier an etwas dran! 240 C! Ich lehnte mich zurück und erwartete eine weitere Stunde nichts. Ich hatte den größten Teil des Tages auf dem Boden vor dem Ofen gesessen und technische Papiere über Batterien gelesen. Dann, KABLAAAM, flog die Ofentür auf, und Kupferstromsammler-Teile und geschwärzte Dreamweaver Gold Separator schwebten wie Konfetti von der Decke. Dort, wo ich gesessen hatte, hatte ein bisschen geschmolzenes Kupfer etwa einen Quadratzoll Teppich durchgeschmolzen. Aber ich war nicht da, denn beim ersten Geräusch war ich wie ein Krebs auf allen Vieren rückwärts gekrabbelt und hatte den Raum in etwa 0,5 Sekunden durchquert.
2. Ähnliche Zelle, aber jetzt die Kontrolle (alle normalen Materialien und ein Kunststoffseparator), etwa ein Jahr später, als Carl Hu, der mein Mitbegründer bei Soteria wurde, und Tommy Yang, unser Praktikant, einen Nageldurchdringungstest eingerichtet hatten, den wir draußen an einem heißen, feuchten Sommernachmittag in South Carolina durchführen wollten. Wir bauten die Vorrichtung auf, die einen Hebelarm zum Eintreiben des Nagels verwendete. Wir trieben den Nagel ein, und die Zelle begann sofort zu zischen und zu spucken, und dann, BANG, explodierte sie und schoss etwas Projektilartiges in die Klimaanlagen-Kompressoreinheit, die etwa 10 Meter entfernt war. Der FCKW-Ersatz spuckte in einer weißen Wolke aus, vermischte sich mit der feuchten Luft und ließ es schneien. Tommy sah die Wolke und rannte durch unser kleines Labor hinaus auf den Parkplatz auf der anderen Seite, während Carl und ich einfach nur saßen und lachten. Es stellte sich heraus, dass die Zelle einen Mittelstift hatte, und als wir den Nageldurchstich vornahmen, kochte die Energiefreisetzung den Elektrolyten und schoss den Mittelstift in unsere Klimaanlage.
3. Als das Samsung Galaxy Note 7 Fiasko passierte, wollte ich wissen, was drin war und warum es passiert ist. Also kauften wir ein Telefon und ließen den Akku auf null laufen. Mit einer Heißluftpistole konnten wir den Klebstoff aufweichen und das Telefon zerlegen, und dann entfernten wir die Teile, die über dem Akku lagen. Ich benutzte dann einen flachen Kunststoffspachtel, um den Akku vorsichtig aus dem Telefon zu heben. Er funkelte sofort, und so schnell ich meinen heißen Handschuh anziehen und ihn packen und die Treppe hinunterreißen konnte, brannte er in meiner Hand. Ich öffnete die Hintertür und warf ihn ins Gras und sah zu, wie er brannte. Es stellte sich heraus, dass der leere Akku noch etwas Leben in sich hatte. Später kauften wir einen weiteren, und ich wiederholte es, außer dass ich den Akku über Nacht durch einen Widerstand auf null entleerte, um die Spannung unter 1 V zu bringen, wonach ich ihn öffnen und die Innereien gründlich untersuchen konnte. Aber das wird ein weiterer Beitrag sein.

Wenn Sie dies lesen, könnten Sie denken, ich sei ein Tollpatsch, der niemals in ein Labor gelassen werden sollte, aber stattdessen bin ich ein erfahrener Experimentalphysiker mit über 300 Patenten und mehreren Milliarden Dollar, die mit meinen Erfindungen verkauft wurden. Vielmehr sind die Geschichten die Zusammenführung von drei weiteren Informationen, nämlich:

• Batterie-Volatilität: Tausende von Wissenschaftlern haben Millionen von Arbeitsstunden in die Entwicklung von Batterien gesteckt, die viel Energie auf sehr kleinem Raum speichern, und es ist nur eine dünne Membran, die all diese Energie zurückhält. Die Batterien sind innerhalb ihres Stabilitätsfensters in Ordnung, aber außerhalb dieses Fensters entweicht die Energie sehr schnell.
• Die Grenzen ausloten: Als ich versuchte, die Grenzen der Batteriesicherheit zu verstehen, habe ich ständig die Grenzen des Stabilitätsfensters ausgelotet. Niemand bei klarem Verstand würde eine Batterie in einen Ofen bei 240 °C legen. Kein weiterer Kommentar. 😊
• Meine Unkenntnis: Als Neuling in der Branche, in einem von mir gegründeten Startup, das offensichtlich keine spezielle Sicherheitsschulung anbot, hatte ich keine Ahnung von der Volatilität der Batterie, dem Stabilitätsfenster und was an den Rändern des Fensters passierte.

Also, okay, ich habe überlebt, und jetzt verwendet Soteria Explosionskammern mit automatisierten Instrumenten, um die Ränder des Stabilitätsfensters zu untersuchen, also ist alles in Ordnung. Außer, dass, wie ich den Artikel begann, 75 % der Leute in der Branche weniger als nur ein paar Jahre Erfahrung haben, so dass es eine ganze Menge zusätzlicher Unwissenheit gibt. Während einige Unternehmen wahrscheinlich einen normalisierten Schulungsprozess haben, haben viele nicht, und es werden fast täglich neue Unternehmen gegründet. Das alles spitzte sich für mich letzte Woche während des ersten Treffens der Battery Safety Education Task Force von Soteria zu, die die Idee diskutiert, einen einheitlichen Satz von Sicherheitsschulungen in Form von Videos, Dokumenten, Quizfragen usw. zu erstellen, die verwendet werden können, um allen neuen Leuten, die in die Branche eintreten, einen schnellen Weg zu einem Grundwissen zu ermöglichen. Als ich darüber nachdachte, fühlte ich mich schuldig, dies nicht schon vor Ewigkeiten getan zu haben.

Einige grundlegende Informationen, die jeder Batterieingenieur, Techniker, Wissenschaftler oder Produktmanager kennen sollte, umfassen:

• Prüfung: Welche Sicherheitstests gibt es, und was bedeuten sie? Wie interpretiert man die Ergebnisse, um zu verstehen, wie sicher eine bestimmte Batterie ist?
• Standards: Welche Standards gibt es? Bedeutet das Bestehen eines Standards, dass eine Batterie sicher ist? Für welche Anwendungen und Verwendungen?
• Verfahren: Welche sicheren Verfahren gibt es für den Umgang mit Batterien? Für den Umgang mit Batteriematerialien? Für die Durchführung von Standardtests für Batterien, wie z.B. elektrisches Laden und Entladen?
• Sicherheitsereignisse: Wie geht man mit einem Sicherheitsereignis um? Wenn etwas Feuer fängt, zieht man einfach den Feueralarm und geht, oder gibt es etwas anderes, das zuerst getan werden sollte?
• Sicheres Design: Wie entwirft man eine Batterie sicher? Welche spezifischen Bedingungen des Anwendungsfalls müssen bei der Entscheidung, welche Sicherheitsstrategien angewendet werden sollen, berücksichtigt werden? Wie viel kann durch BMS, durch Verpackung, Sensoren, Kühlung und andere Minderungs techniken erreicht werden.
• Laboratorien: Welche Laborausrüstung sollte aus Sicherheitsgründen vorhanden sein? Wie sieht ein sicheres Labor aus?
• Persönliche Schutzausrüstung: Welche PSA ist für den Umgang mit Batterien, deren Lagerung, deren Transport notwendig?
• Transport: Was ist für die sichere Verpackung und den Transport von fortschrittlichen Batterien erforderlich?
• Demontage: Wie können Batterien sicher demontiert werden? Wie sollten die Batterien für die Demontage vorbereitet werden? Was geschieht danach mit den Materialien?
• Kommerzielle Vorfälle: Was sollte die Reaktion sein, wenn ein Vorfall in kommerziellem Umfang auftritt? Ist eine Evakuierung notwendig? Wie sieht es mit der Reinigung der Materialien und Trümmer danach aus?
• Rechtliche Aspekte: Welche rechtlichen Aspekte gibt es in Bezug auf Produktsicherheit, kommerzielle Vorfälle usw.? Wie kann sich ein Unternehmen angemessen vorbereiten, um die Haftung zu mindern oder zu kontrollieren, während es gleichzeitig ein verantwortungsbewusster Bürger ist?
• Ursachenanalyse: Wie kann man nach einem Vorfall die Ursache ermitteln?

Wenn ich diese Liste lese, bekomme ich Schüttelfrost bei all den Dingen, die sehr gute, kompetente oder sogar exzellente Ingenieure, die aus einer anderen Branche oder direkt von der Schule in die Branche kommen, nicht wissen. Um dies zu unterstützen, arbeitet Soteria mit InnoEnergy und den anderen Mitgliedern der Battery Safety Education Task Force zusammen, um Inhalte für ein Batteriesicherheitszertifikat zu erstellen, das durch erfolgreiches Durchlaufen der Inhalte erworben werden kann. Es wird Module zu all den oben genannten Themen und allem, was die Task Force sonst noch für notwendig erachtet, geben.

Wenn die Sicherheit bei Ihrer Arbeit mit Batterien von entscheidender Bedeutung ist oder wenn Sie sich an der Erstellung der oben genannten Inhalte beteiligen möchten, wenden Sie sich bitte an Amy Brinson, unsere VP – Global Consortium, um zu erfahren, wie Sie dem Soteria BIG-Konsortium beitreten und sich an der Battery Safety Education Task Force beteiligen können. Wir werden Sie selbstverständlich informieren, wenn das Material fertiggestellt und zur Verfügung gestellt wird, was wir bis Ende 2024 erwarten.