Группа исследователей из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) предложила новый метод решения проблемы возгорания литий-ионных батарей. Ключ к ответу может заключаться в чувствительном к температуре токосъемнике.

Американские ученые предположили, что полимерные токосъемники могут предотвращать пожары и снижать опасность возгорания аккумуляторов энергии.

Что происходит, когда гвоздь протыкает литий-ионный аккумулятор? Исследователи, наблюдавшие за этим процессом, утверждают, что они разработали метод на основе полимера, который может противодействовать естественной опасности возгорания, связанной с литий-ионными батареями.

Ученые из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США (NREL), НАСА (NASA), Университетского колледжа Лондона, Института Фарадея Дидкота, Лондонской национальной физической лаборатории и Европейского синхротрона Франции будут вбивать гвоздь в цилиндрическую батарею 18650 (18×65 мм в диаметре). размер) обычно используется в автомобильных приложениях. Исследователи пытаются воспроизвести механическое напряжение, которое батареи электромобилей (EV) должны выдержать при аварии.

Гвоздь вызовет короткое замыкание внутри батареи, что приведет к повышению ее температуры. Чтобы более подробно изучить, что произошло внутри батареи, когда гвоздь пробил батарею, исследователи использовали высокоскоростную рентгеновскую камеру, чтобы зафиксировать событие со скоростью 2000 кадров в секунду.

Донал Финеган, штатный научный сотрудник NREL, сказал: «Когда батарея выходит из строя, она выходит из строя очень быстро, поэтому она может превратиться из полностью неповрежденной в пламя и полностью разрушиться за несколько секунд. Скорость очень быстрая, очень быстрая. Трудно понять, что произошло за эти две секунды. Но также очень важно понять, что произошло, потому что управление этими двумя секундами является важным фактором повышения безопасности батареи ».

Доказано, что, если его не остановить, повышение температуры батареи из-за теплового разгона превышает 800 градусов Цельсия.

Ячейки батареи содержат токосъемники из алюминия и меди. Исследовательская группа использовала полимеры с алюминиевым покрытием, чтобы сыграть ту же роль, и заметила, что их токосъемники сжимаются при высоких температурах, немедленно останавливая прохождение тока. Теплота короткого замыкания вызывает усадку полимера, и реакция образует физический барьер между гвоздем и отрицательным электродом, останавливая короткое замыкание.

Во время эксперимента все батареи без полимерного токоприемника сгорят, если проткнуть гвоздь. Напротив, ни одна из батарей, заряженных полимером, не продемонстрировала такого поведения.

Финеган сказал: «Катастрофический отказ батареи случается очень редко, но когда это происходит, это может привести к серьезным повреждениям. Это важно не только для безопасности и здоровья соответствующего персонала, но и для компании ».

Американские ученые предположили, что полимерные токосъемники могут предотвращать пожары и снижать опасность возгорания аккумуляторов энергии.

Что касается компании, которая занимается интеграцией аккумуляторных элементов, NREL указал на свою базу данных отказов аккумуляторов, которая содержит сотни радиологических видео и точек данных о температуре из сотен тестов на неправильное использование литий-ионных аккумуляторов.

Финеган сказал: «У мелких производителей не всегда есть время и ресурсы для столь тщательного тестирования батарей, которые мы имели в последние пять-шесть лет».

Российские исследователи также недавно разработали идею использования полимеров для предотвращения возгорания батарей. Профессор кафедры электрохимии Санкт-Петербургского университета Олег Левин и его коллеги разработали метод использования полимеров и подали заявку на патент. Электропроводность этого полимера изменяется при изменении тепла или напряжения. Команда назвала этот метод «химическим взрывателем».

По мнению группы микролитиевых аккумуляторов, в настоящее время этот полимер российских ученых подходит только для литий-железо-фосфатных (LFP) аккумуляторов, поскольку разные катодные компоненты работают на разных уровнях напряжения. Для батарей LFP это 3.2 В. Катоды никель-марганец-кобальт (NMC) конкурентов имеют рабочее напряжение от 3.7 В до 4.2 В, в зависимости от типа батареи NMC.