BATTERY CELLS DESIGNED FOR AIRCRAFT POWER USAGE

 

Boeing 787 Dreamliner's APU battery location  over inspection by NTSB

BATTERY CELLS DESIGNED FOR AIRCRAFT POWER USAGE

Células de Bateria Projetadas para Uso de Força em Aeronave

Tradução Humana
por George Rocha

 

O que é uma célula eletroquimica?

Energia elétrica é armazenada como energia química 

 

Bolhas de plástico para auto "cicatrização" de rachaduras no ânodo da bateria Litio-íon 

A lithium-ion battery has three basic parts. At one end is the cathode, which has a positive electric charge. At the other end is an anode, which is negatively charged. A liquid called an electrolyte carries charges between the cathode and the anode. In lithium-ion batteries, the electrolyte contains atoms of lithium that have positive charges. These charged atoms are called ions.	Uma bateria de Lítio-íon tem três partes básicas. Numa ponta está o Cátodo, o qual tem uma carga elétrica positiva. Na outra ponta está o Ânodo, o qual é carregado negativamente. Um líquido chamado eletrólito carrega cargas entre o cátodo e o ânodo. Em baterias Lítio-íon, o eletrólito contém átomos de Lítio que têm cargas positivas. Estes átomos carregados são chamados íons.
The scientists knew that tiny cracks, which can often form in the anode, can block the electric current and eventually kill a battery. To combat the cracks, the scientists added a little something extra into the anode: tiny plastic bubbles, or spheres, filled with a material called gallium indium. When the anode develops tiny cracks, some of these bubbles break open and spill the gallium indium. This material can seal the crack, so that the battery can conduct electricity again which means the battery will be back up and running.	Os cientistas sabiam que pequenas rachaduras, as quais podem frequentemente formar no ânodo, podem bloquear a corrente elétrica e eventualmente descarregar a bateria. Para,  combater as rachaduras os cientistas acrescentaram um pouco de algo extra no ânodo: pequenas bolhas de plástico, ou esferas, preenchidas com um material chamado Galio Indio. Quando o ânodo desenvolve pequenas rachaduras, algumas destas bolhas rompem-se e derramam o Galio Indio. Este material pode selar a rachadura, tal que a bateria possa conduzir eletricidade novamente, o que significa que a bateria será sustentada e funcionará.
The scientists say this idea can also be used to build safer batteries. Damaged lithium-ion batteries have been known to overheat and catch on fire.	Os cientistas dizem que esta ideia pode também ser usada para construir baterias mais seguras. Baterias de Lítio-íon danificadas têm sido conhecidas por sobreaquecer e pegar fogo.
They say another type of tiny sphere could be used to stop battery fires before they start. These bubbles, made from cheap plastic, are designed so that they melt if the temperature in the battery gets too high. Plastic does not conduct electricity. When the plastic bubbles melt, they stop the current within the battery, cooling it down.	Eles dizem que um outro tipo de pequenas esferas poderiam ser usadas para parar incêndio em baterias, antes deles começarem. Estas bolhas, feitas de plástico barato, são projetadas tal que elas derretem, se a temperatura na bateria ficar muito alta. Plástico não conduz eletricidade. Quando as bolhas de plástico derretem, elas param a corrente dentro da bateria, a esfriando.

Bateria Li-ion danificada e outra bateria com as bolhas de plástico

The battery cells that were tested were all commercial off-the-shelf products that are being considered by manufacturers for aircraft power-related usage.	As células de baterias que foram testadas eram todas produtos comerciais de prateleiras que estavam sendo consideradas pelos fabricantes para uso relacionado com força elétrica em aeronave.
The results of the tests showed that the lithium-ion and lithium-ion polymer battery cells can react violently when exposed to an external fire. Under test conditions, when the battery cells failed, flammable electrolyte was released and ignited, which further fueled the existing fire. This release and ignition of the electrolyte resulted in significant temperature and pressure increases within the test fixtures.	Os resultados dos testes mostraram que células de bateria de Lítio-ion e células Lítio-ion polímero podem reagir violentamente quando expostas a um fogo externo. Sob condições de teste, quando as células de bateria falharam, eletrólito imflamável foi liberado e pegou fogo,  o que além disso abasteceu com combustível o fogo existente. Esta liberação e ignição do eletrólito resultou em aumentos de temperatura e pressão significantes entro das instalações de teste.
Tests conducted with a hand-held Halon 1211 fire extinguisher showed that the halon was able to extinguish all three battery-type fires. However, even after several attempts, the halon extinguishing agent was not able to prevent the lithium-ion polymer battery cells, which are of a different chemistry, as well as a much higher energy density and power capacity, from reigniting.	Testes conduzidos com um extintor de fogo manual com Halon 1211 mostrou que o halon foi capaz de extinguir todos três fogos de tipos de bateria.  Todavia, mesmo após várias tentativas, o agente halo de extinção não foi capaz de impedir as células da bateria Lítio-ion polímero, as quais eram de uma qúimica diferente tanto quanto de uma mais alta densidade de energia e capacidade elétrica, de reignição.
Rechargeable lithium-ion batteries offer many advantages over current battery technologies. They possess a high-energy density per unit volume, relatively constant voltage during discharge, low maintenance, good low-temperature performance, and a long shelf life. There is, however, a certain amount of hazard associated with the use of these batteries due to their high-energy content and potential thermal instability. Their proposed use onboard aircraft as power sources for starting aircraft engines or auxiliary power units, as well as other avionics, emergency, and standby systems, require the examination of the safety of their design. How these batteries will react in a fire situation and what type of fire hazard they pose themselves must be examined. Tests must be performed to ensure the batteries provide an appropriate level of safety. Current regulatory and test requirements may need to be updated to address the hazards associated with this new technology.	Baterias de Lítio-íon recarregáveis oferecem muitas vantagens sobre tecnologias de baterias atuais. Elas possuem uma densidade de energia alta por unidade de volume, relativamente voltagem constante durante descarga, baixa manutenção, performance boa em temperatura baixa e uma longa vida de prateleira. Há, porém, uma certa quantidade de risco associado com o uso destas baterias devido à instabilidade termo potencial e conteudo de alta energia. O uso proposto delas a bordo de aeronave como fontes de força elétrica para dar partida em motores de aeronave ou unidades auxiliares de força, tanto quanto outros sistemas avionicos, emergência e auxiliares, exige a examinação da segurança do projeto delas. Como estas baterias reagirão numa situação de fogo e qual tipo de risco de fogo elas se postam, devem ser examinadas. Exigências e regulamentação atuais podem necessitar de serem atualizadas para tratar os riscos associados com esta nova tecnologia.
Attempts to cause the battery cells to reach their thermal runaway point via short circuiting were unsuccessful on all three battery types.	Tentativas para causar às células de bateria a atingir o ponto de fuga termal delas via curto-circuito foram mal sucedidos em todos três tipos de baterias.

NTSB photos of the burned auxiliary power unit battery from a JAL Boeing 787 that caught fire on Jan. 7 at Boston's Logan International Airport. The dimensions of the battery are 19x13.2x10.2 inches and it weighs approximately 63 pounds (new).

Fotos da NTSB da bateria da Unidade Auxiliar de Força [APU] do Boeing 787 da Japan Air Lines que pegou fogo em 07 JAN 2013 no aeroporto internacional Logan de Boston. As dimensões da bateria são 48.2 x 33.5 x 25.9 centímetros e ela pesa aproximadamente 28.6 Kg (nova).

Original pictures by NTSB
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