Výskumný tím z Národného laboratória pre obnoviteľnú energiu (NREL) navrhol novú metódu na vyriešenie požiarneho problému lítium-iónových batérií. Kľúč k odpovedi môže spočívať v teplotne citlivom kolektore prúdu.

Americkí vedci navrhli, že polymérové ​​kolektory prúdu môžu zabrániť požiarom a zlepšiť nebezpečenstvo požiaru akumulátorov energie

Čo sa stane, keď klinec prepichne článok lítium-iónovej batérie? Výskumníci, ktorí tento proces pozorovali, tvrdia, že vyvinuli metódu založenú na polyméroch, ktorá dokáže čeliť nebezpečenstvu požiaru spojenému s lítium-iónovými batériami.

Vedci z amerického Národného laboratória pre obnoviteľnú energiu (NREL), NASA (NASA), University College London, Didcotovho Faradayovho inštitútu, Londýnskeho národného fyzikálneho laboratória a francúzskeho Európskeho synchrotrónu budú klinec zatĺkaný do valcovej „batérie 18650“ (18 x 65 mm v veľkosť) bežne používané v automobilových aplikáciách. Výskumníci sa snažia reprodukovať mechanické namáhanie, ktoré musia batérie elektrických vozidiel (EV) vydržať pri nehode.

Klinec spustí skrat vo vnútri batérie, čo spôsobí zvýšenie jej teploty. Aby vedci mohli podrobnejšie študovať, čo sa stalo vo vnútri batérie, keď klinec prenikol do batérie, použili vysokorýchlostnú röntgenovú kameru na zachytenie udalosti pri 2000 snímkach za sekundu.

Donal Finegan, vedecký pracovník NREL, povedal: „Keď batéria zlyhá, zlyhá veľmi rýchlo, takže sa môže zmeniť z úplne neporušenej na pohltenú plameňom a za pár sekúnd ju úplne zničí. Rýchlosť je veľmi rýchla, veľmi rýchla. Je ťažké pochopiť, čo sa stalo v týchto dvoch sekundách. Je však tiež veľmi dôležité pochopiť, čo sa stalo, pretože zvládnutie týchto dvoch sekúnd je dôležitým faktorom pri zlepšovaní bezpečnosti batérie.“

Ak nie je začiarknuté, je dokázané, že zvýšenie teploty batérie spôsobené tepelným únikom presahuje 800 stupňov Celzia.

Články batérie obsahujú zberače prúdu z hliníka a medi. Výskumný tím použil hliníkom potiahnuté polyméry, aby hrali rovnakú úlohu a pozoroval, že ich kolektory prúdu sa pri vysokých teplotách zmenšujú, čím okamžite zastavia tok prúdu. Skratové teplo spôsobí zmrštenie polyméru a reakcia vytvorí fyzickú bariéru medzi klincom a zápornou elektródou, ktorá zastaví skrat.

Počas experimentu všetky batérie bez polymérového zberača prúdu vybuchnú, ak dôjde k prepichnutiu klinca. Na rozdiel od toho žiadna z batérií naplnených polymérom nevykazovala toto správanie.

Finegan povedal: „Katastrofické zlyhanie batérie je veľmi zriedkavé, ale keď sa to stane, môže to spôsobiť veľké škody. Nie je to len pre bezpečnosť a zdravie príslušného personálu, ale aj pre spoločnosť.“

Americkí vedci navrhli, že polymérové ​​kolektory prúdu môžu zabrániť požiarom a zlepšiť nebezpečenstvo požiaru akumulátorov energie

Vzhľadom na spoločnosť, ktorá integruje batériové články, NREL poukázal na svoju databázu porúch batérií, ktorá obsahuje stovky rádiologických bodov s videom a teplotnými údajmi zo stoviek testov zneužívania lítium-iónových batérií.

Finegan povedal: „Malí výrobcovia nemajú vždy čas a zdroje na testovanie batérií takým dôsledným spôsobom, aký sme mali za posledných päť až šesť rokov.“

Ruskí vedci tiež nedávno vyvinuli myšlienku použitia polymérov na zabránenie požiaru batérie. Profesor Oleg Levin z Katedry elektrochémie Petrohradskej univerzity a jeho kolegovia vyvinuli metódu využitia polymérov a požiadali o patent. Vodivosť tohto polyméru sa mení so zmenami tepla alebo napätia. Tím nazval túto metódu „chemická fúzia“.

Podľa skupiny mikrolítiových batérií je v súčasnosti tento polymér ruských vedcov vhodný iba pre lítium-železofosfátové (LFP) batérie, pretože rôzne katódové komponenty pracujú na rôznych úrovniach napätia. Pre batérie LFP je to 3.2 V. Konkurenčné nikel-mangán-kobaltové (NMC) katódy majú prevádzkové napätie medzi 3.7 V a 4.2 V, v závislosti od typu batérie NMC.