A National Renewable Energy Laboratory (NREL) kutatócsoportja új módszert javasolt a lítium-ion akkumulátorok tűzproblémájának megoldására. A válasz kulcsa a hőmérséklet-érzékeny áramkollektorban rejlik.

Amerikai tudósok azt javasolták, hogy a polimer áramgyűjtők megakadályozzák a tüzeket és javítják az energiatároló akkumulátorok tűzveszélyét

Mi történik, ha egy szög átszúrja a lítium-ion akkumulátort? A folyamatot megfigyelő kutatók azt állítják, hogy kifejlesztettek egy polimer alapú módszert, amely ellensúlyozni tudja a lítium-ion akkumulátorokkal kapcsolatos tűzveszélyt.

Az amerikai Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium (NREL), a NASA (NASA), a University College London, a Didcot’s Faraday Intézet, a londoni Nemzeti Fizikai Laboratórium és a francia European Synchrotron tudósai a szöget egy hengeres „18650-es akkumulátorba” verik (18×65 mm-es méret) általánosan használt autóipari alkalmazásokban. A kutatók megpróbálják reprodukálni azt a mechanikai igénybevételt, amelyet az elektromos járművek (EV) akkumulátorainak ütközéskor el kell viselniük.

A szög rövidzárlatot idéz elő az akkumulátor belsejében, aminek következtében az akkumulátor hőmérséklete megemelkedik. Annak érdekében, hogy részletesebben tanulmányozzák, mi történt az akkumulátor belsejében, amikor a szög áthatolt az akkumulátoron, a kutatók nagy sebességű röntgenkamerával rögzítették az eseményt 2000 képkocka/másodperc sebességgel.

Donal Finegan, az NREL munkatársa elmondta: „Amikor az akkumulátor meghibásodik, nagyon gyorsan meghibásodik, így a teljesen ép állapotból a lángok elnyelhetik, és néhány másodperc alatt teljesen megsemmisülhetnek. A sebesség nagyon gyors, nagyon gyors. Nehéz megérteni, mi történt ebben a két másodpercben. De az is nagyon fontos, hogy megértsük, mi történt, mert ennek a két másodpercnek a kezelése fontos tényező az akkumulátor biztonságának javításában.”

Ha figyelmen kívül hagyjuk, az akkumulátor hőmérséklet-emelkedése, amelyet a termikus kifutás okoz, bizonyítottan meghaladja a 800 Celsius-fokot.

Az akkumulátorcellák alumínium és réz áramgyűjtőket tartalmaznak. A kutatócsoport alumínium bevonatú polimereket használt ugyanerre a szerepre, és megfigyelte, hogy áramgyűjtőik magas hőmérsékleten zsugorodnak, azonnal leállítva az áram áramlását. A rövidzárlati hő hatására a polimer összezsugorodik, és a reakció fizikai akadályt képez a szög és a negatív elektróda között, megállítva a rövidzárlatot.

A kísérlet során minden polimer áramgyűjtő nélküli akkumulátor leég, ha a szöget átszúrják. Ezzel szemben a polimerrel töltött akkumulátorok egyike sem mutatott ilyen viselkedést.

Finegan elmondta: „Az akkumulátor katasztrofális meghibásodása nagyon ritka, de ha ez megtörténik, az sok kárt okozhat. Ez nemcsak az érintett személyzet biztonságát és egészségét szolgálja, hanem egy vállalat számára is.”

Amerikai tudósok azt javasolták, hogy a polimer áramgyűjtők megakadályozzák a tüzeket és javítják az energiatároló akkumulátorok tűzveszélyét

Az akkumulátorcellákat integráló cégre tekintettel az NREL rámutatott az akkumulátorhiba-adatbázisra, amely több száz radiológiai videó- ​​és hőmérsékleti adatpontot tartalmaz több száz lítium-ion akkumulátor-visszaélési tesztből.

Finegan azt mondta: “A kis gyártóknak nem mindig van idejük és erőforrásuk az akkumulátorok olyan szigorú tesztelésére, mint az elmúlt öt-hat évben.”

Orosz kutatók nemrégiben kidolgozták azt az ötletet is, hogy polimereket használjanak az akkumulátorok tüzének megelőzésére. Oleg Levin professzor, a Szentpétervári Egyetem Elektrokémiai Tanszékének munkatársa és munkatársai kidolgoztak egy eljárást polimerek felhasználására, és szabadalmat kértek. Ennek a polimernek a vezetőképessége a hő vagy a feszültség változásával változik. A csapat ezt a módszert „kémiai fuzének” nevezte.

A mikro-lítium akkumulátorcsoport szerint jelenleg ez az orosz tudósok polimerje csak lítium-vas-foszfát (LFP) akkumulátorokhoz alkalmas, mivel a különböző katódkomponensek eltérő feszültségszinten működnek. Az LFP akkumulátorok esetében ez 3.2 V. A versenytárs nikkel-mangán-kobalt (NMC) katódok üzemi feszültsége 3.7 V és 4.2 V között van, az NMC akkumulátor típusától függően.