NAGRADA AVGUSTA KUHARJA ZA NAJBOLJŠE MAGISTRSKO DELO 2021

Peter Kočman, magister inženir tehniške varnosti

Naslov diplomskega dela: Analiza požarne varnosti litij ionskih akumulatorjev

Leto podelitve: 2021

Št. izdane nagrade: 21

Dobitnik prejme: plaketo in denarno nagrado

Mentor: izr. prof. dr. Simon Schnabl

Somentor: prof. dr. Robert Dominik.

Utemeljitev mentorja: 

Peter Kočman, mag. inž. teh. var., je v študijskem letu 2020/2021 pod mentorstvom izr. prof. dr. Simona Schnabla pripravil magistrsko delo z naslovom Analiza požarne varnosti litij ionskih akumulatorjev, ki ga je uspešno zagovarjal v juliju 2021.

Kandidat je v magistrskem delu obravnaval področje varnosti litij-ionskih akumulatorjev.

V magistrskem delu je najprej prikazal zgodovinski/literaturni pregled razvoja litij- ionskih akumulatorjev. Ugotovil je, da se litij-ionski akumulator zelo pogosto in čedalje bolj uporablja kot vir energije v prenosni elektroniki in električnih vozilih. Ugotovil je, da je bilo v Evropski uniji v letu 2020 aktivnih cca 3,26 milijona električnih vozil. Ker pa bo število električnih vozil v prihodnjih letih predvidoma samo še naraščalo, je pričakovati, da se bo povečevalo tudi število prometnih nesreč, v katerih bodo udeležena električna vozila. Le-ta pa so, ko pride do prometne nesreče in mehanskih poškodb, dovzetna za prebod akumulatorskega paketa.

V eksperimentalnem delu je zato testiral različne cilindrične litij-ionske akumulatorje, ki se najpogosteje uporabljajo v električnih vozilih. V ta namen je samostojno zasnoval novo napravo za prebojno testiranje litij-ionskih akumulatorjev, s katero je lahko analiziral vpliv mehanskih poškodb na preboj separatorja in posledično delovanje samega litij-ionskega akumulatorja.

Na osnovi izvedenih eksperimentalnih raziskav je ugotovil, da se litij-ionski akumulatorji lahko pomembno poškodujejo že pri manjših trkih vozil in da lahko tudi že pri teh manjših trkih pride do vžiga ali eksplozije litij-ionskega akumulatorja. Potrdil je, da se litij-ionski akumulatorji začnejo pregrevati na točki poškodbe separatorja, kot to navajajo v literaturi. Prav tako je ugotovil, da ne predstavljajo vsi litij-ionski akumulatorji enakega tveganja za nastanek burne reakcije in da je tveganje neposredno povezano z energijsko gostoto in kemijo litij-ionskega akumulatorja. Akumulatorji z visoko energijsko gostoto, ki temeljijo na NMC kemiji, so bistveno bolj nevarni kot pa LiFePO₄ akumulatorji, ki se v okviru testiranja niso vžgali. Akumulatorji z visoko energijsko gostoto so se vžgali, reakcija pa je bila hitra in intenzivna. Zaključil je, da litij-ionski akumulatorji predstavljajo tveganje za nastanek požara ali eksplozije, če pride do nekontroliranega izpusta skladiščene energije. Do požara ali eksplozije lahko pride ob mehanski deformaciji preobremenitve, ki povzroči poškodbo separatorja in s tem interni kratki stik. V tem procesu se v krajšem časovnem intervalu sprosti zadostna količina energije, ki pri tem vžge elektrolit, ki je po navadi organske osnove, in povzroči vžig ali eksplozijo. Akumulatorji z nižjo gostoto energije so manj požarno nevarni kot pa tisti z višjo. Prav tako velja omeniti, da predstavljeni pasivni varnostni ukrepi, ki so predstavljeni v magistrskem delu, učinkovito zmanjšujejo tveganje požara litij ionskega akumulatorja, vendar s tem neposredno vplivajo na velikost in ceno litij-ionskega akumulatorja. Pri litij-ionskih akumulatorjih z visoko gostoto energije pasivni varnostni ukrepi niso bili zadostni.

Kandidat je pri izvedbi svojega dela pokazal veliko mero samostojnosti in natančnosti. Delo je napisano pregledno in razumljivo ter presega povprečna dela s tega področja. Kandidat je tudi študij končal z odliko. Poleg tega je bil ves čas študija aktivno vključen v promocijo varnosti in zdravja pri delu. Magistrsko delo Petra Kočmana predstavlja pomemben prispevek k napredku razvoja varnosti in zdravja, zato upravi Fundacije Avgusta Kuharja predlagam, da kandidatu podeli nagrado za najboljše magistrsko delo za leto 2021.

Izr. prof. dr. Simon Schnabl