اقترح فريق بحثي من المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) طريقة جديدة لحل مشكلة حريق بطاريات الليثيوم أيون. قد يكمن مفتاح الإجابة في جامع التيار الحساس لدرجة الحرارة.

اقترح العلماء الأمريكيون أن مجمعات تيار البوليمر يمكنها منع الحرائق وتحسين مخاطر حريق بطارية تخزين الطاقة

ماذا يحدث عندما يخترق الظفر خلية بطارية ليثيوم أيون؟ يدعي الباحثون الذين راقبوا هذه العملية أنهم طوروا طريقة تعتمد على البوليمر يمكنها مواجهة مخاطر الحريق الكامنة المرتبطة ببطاريات الليثيوم أيون.

علماء من مختبر الولايات المتحدة الوطني للطاقة المتجددة (NREL) ، ووكالة ناسا (ناسا) ، وكلية لندن الجامعية ، ومعهد ديدكوت فاراداي ، ومختبر لندن الفيزيائي الوطني ، والسينكروترون الأوروبي الفرنسي ، سوف يتم دفع المسمار إلى “بطارية 18650” أسطوانية (18 × 65 ملم في الحجم) شائع الاستخدام في تطبيقات السيارات. يحاول الباحثون إعادة إنتاج الضغط الميكانيكي الذي يجب أن تتحمله بطاريات السيارات الكهربائية في حالة وقوع حادث.

سيؤدي المسمار إلى حدوث ماس كهربائي داخل البطارية ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها. من أجل الدراسة بمزيد من التفصيل لما حدث داخل البطارية عندما اخترق المسمار البطارية ، استخدم الباحثون كاميرا عالية السرعة للأشعة السينية لالتقاط 2000 إطار في الثانية.

قال دونال فينيجان ، عالم في NREL: “عندما تتعطل البطارية ، فإنها تفشل بسرعة كبيرة ، لذلك يمكن أن تنتقل من سليمة تمامًا إلى أن تبتلعها النيران وتدمر تمامًا في بضع ثوانٍ. السرعة سريعة جدًا وسريعة جدًا. من الصعب فهم ما حدث في هاتين الثانيتين. ولكن من المهم أيضًا فهم ما حدث ، لأن إدارة هاتين الثانيتين عامل مهم في تحسين أمان البطارية “.

إذا تركت دون رادع ، فقد ثبت أن ارتفاع درجة حرارة البطارية الناجم عن الهروب الحراري يتجاوز 800 درجة مئوية.

تحتوي خلايا البطارية على مجمعات حالية للألمنيوم والنحاس. استخدم فريق البحث البوليمرات المطلية بالألمنيوم لتلعب نفس الدور ولاحظ أن مجمعاتها الحالية تتقلص في درجات حرارة عالية ، مما يوقف تدفق التيار على الفور. تتسبب حرارة الدائرة القصيرة في تقلص البوليمر ، ويشكل التفاعل حاجزًا ماديًا بين الظفر والقطب السالب ، مما يوقف الدائرة القصيرة.

أثناء التجربة ، سوف تحترق جميع البطاريات التي لا تحتوي على جامع تيار بوليمر إذا تم ثقب الظفر. في المقابل ، لم تظهر أي من البطاريات المحملة بالبوليمر هذا السلوك.

قال فينيجان: “إن الفشل الذريع للبطارية نادر جدًا ، ولكن عندما يحدث هذا ، يمكن أن يتسبب في الكثير من الضرر. إنه ليس فقط من أجل سلامة وصحة الموظفين المعنيين ، ولكن أيضًا لشركة “.

اقترح العلماء الأمريكيون أن مجمعات تيار البوليمر يمكنها منع الحرائق وتحسين مخاطر حريق بطارية تخزين الطاقة

بالنظر إلى الشركة التي تعمل على دمج خلايا البطارية ، أشارت NREL إلى قاعدة بيانات فشل البطارية ، والتي تحتوي على مئات من الفيديو الإشعاعي ونقاط بيانات درجة الحرارة من مئات اختبارات إساءة استخدام بطاريات الليثيوم أيون.

قال Finegan: “لا يملك صغار المصنعين دائمًا الوقت والموارد لاختبار البطاريات بهذه الطريقة الصارمة التي نتمتع بها في السنوات الخمس إلى الست الماضية.”

كما طور باحثون روس مؤخرًا فكرة استخدام البوليمرات لمنع حرائق البطاريات. طور البروفيسور أوليج ليفين من قسم الكيمياء الكهربائية في جامعة سانت بطرسبرغ وزملاؤه طريقة لاستخدام البوليمرات وتقدموا بطلب للحصول على براءة اختراع. تتغير موصلية هذا البوليمر مع تغيرات في الحرارة أو الجهد. أطلق الفريق على هذه الطريقة اسم “الصمامات الكيميائية”.

وفقًا لمجموعة بطاريات الليثيوم الدقيقة ، في الوقت الحالي ، هذا البوليمر الخاص بالعلماء الروس مناسب فقط لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم (LFP) ، لأن مكونات الكاثود المختلفة تعمل عند مستويات جهد مختلفة. بالنسبة لبطاريات LFP ، تبلغ 3.2 فولت. تتمتع كاثودات النيكل والمنغنيز والكوبالت المنافسة (NMC) بجهد تشغيل بين 3.7 فولت و 4.2 فولت ، اعتمادًا على نوع بطارية NMC.