Zespół badawczy z Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) zaproponował nową metodę rozwiązania problemu pożarowego akumulatorów litowo-jonowych. Kluczem do odpowiedzi może być czuły na temperaturę kolektor prądu.

Amerykańscy naukowcy zaproponowali, że polimerowe kolektory prądu mogą zapobiegać pożarom i zwiększać zagrożenie pożarowe akumulatorów magazynujących energię

Co się dzieje, gdy gwóźdź przebije ogniwo akumulatora litowo-jonowego? Naukowcy, którzy obserwowali ten proces, twierdzą, że opracowali metodę opartą na polimerach, która może przeciwdziałać nieodłącznemu zagrożeniu pożarowemu związanemu z akumulatorami litowo-jonowymi.

Naukowcy z amerykańskiego National Renewable Energy Laboratory (NREL), NASA (NASA), University College London, Didcot’s Faraday Institute, londyńskiego National Physical Laboratory i francuskiego European Synchrotron, będą wbijać gwóźdź w cylindryczną baterię 18650 (18x65mm w rozmiar) powszechnie stosowany w zastosowaniach motoryzacyjnych. Naukowcy starają się odtworzyć naprężenia mechaniczne, jakie muszą wytrzymać akumulatory pojazdów elektrycznych (EV) podczas wypadku.

Gwóźdź wywoła zwarcie wewnątrz baterii, powodując wzrost jej temperatury. Aby bardziej szczegółowo zbadać, co działo się wewnątrz baterii, gdy gwóźdź przebił baterię, naukowcy wykorzystali szybką kamerę rentgenowską do uchwycenia zdarzenia z prędkością 2000 klatek na sekundę.

Donal Finegan, naukowiec z NREL, powiedział: „Kiedy bateria ulegnie awarii, bardzo szybko się psuje, więc w ciągu kilku sekund może przejść od całkowitego stanu nienaruszonego do połknięcia przez płomienie i całkowitego zniszczenia. Szybkość jest bardzo szybka, bardzo szybka. Trudno zrozumieć, co wydarzyło się w ciągu tych dwóch sekund. Ale bardzo ważne jest również, aby zrozumieć, co się stało, ponieważ zarządzanie tymi dwiema sekundami jest ważnym czynnikiem poprawy bezpieczeństwa baterii”.

Udowodniono, że jeśli nie zostanie to zaznaczone, wzrost temperatury akumulatora spowodowany niestabilną temperaturą przekracza 800 stopni Celsjusza.

Ogniwa baterii zawierają odbieraki prądu z aluminium i miedzi. Zespół badawczy wykorzystał polimery powlekane aluminium do odegrania tej samej roli i zaobserwował, że ich kolektory prądu kurczą się w wysokich temperaturach, natychmiast zatrzymując przepływ prądu. Ciepło zwarcia powoduje kurczenie się polimeru, a reakcja tworzy fizyczną barierę między gwoździem a elektrodą ujemną, powstrzymując zwarcie.

Podczas eksperymentu wszystkie akumulatory bez polimerowego kolektora prądu ulegną deflagracji w przypadku przebicia gwoździa. W przeciwieństwie do tego żaden z akumulatorów załadowanych polimerem nie wykazywał takiego zachowania.

Finegan powiedział: „Katastrofalna awaria baterii jest bardzo rzadka, ale kiedy tak się dzieje, może spowodować wiele szkód. Chodzi nie tylko o bezpieczeństwo i zdrowie odpowiedniego personelu, ale także o firmę.”

Amerykańscy naukowcy zaproponowali, że polimerowe kolektory prądu mogą zapobiegać pożarom i zwiększać zagrożenie pożarowe akumulatorów magazynujących energię

Biorąc pod uwagę firmę, która integruje ogniwa baterii, NREL wskazał na swoją bazę danych awarii baterii, która zawiera setki radiologicznych punktów danych wideo i temperatury z setek testów nadużywania baterii litowo-jonowych.

Finegan powiedział: „Mali producenci nie zawsze mają czas i zasoby, aby testować baterie w tak rygorystyczny sposób, jak w ciągu ostatnich pięciu do sześciu lat”.

Rosyjscy naukowcy opracowali również niedawno pomysł wykorzystania polimerów do zapobiegania pożarom baterii. Profesor Oleg Levin z Wydziału Elektrochemii Uniwersytetu w Petersburgu wraz z kolegami opracowali metodę wykorzystania polimerów i złożyli wniosek patentowy. Przewodność tego polimeru zmienia się wraz ze zmianami ciepła lub napięcia. Zespół nazwał tę metodę „zapalnikiem chemicznym”.

Według grupy akumulatorów mikrolitowych obecnie ten polimer rosyjskich naukowców nadaje się tylko do akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych (LFP), ponieważ różne elementy katody pracują przy różnych poziomach napięcia. W przypadku akumulatorów LFP jest to 3.2V. Konkurencyjne katody niklowo-manganowo-kobaltowe (NMC) mają napięcia robocze od 3.7 V do 4.2 V, w zależności od typu baterii NMC.