Raziskovalna skupina iz Nacionalnega laboratorija za obnovljivo energijo (NREL) je predlagala novo metodo za reševanje problema požara litij-ionskih baterij. Ključ do odgovora je morda v temperaturno občutljivem tokovnem kolektorju.

Ameriški znanstveniki so predlagali, da lahko polimerni tokovni zbiralniki preprečijo požare in izboljšajo nevarnost požara baterij za shranjevanje energije

Kaj se zgodi, ko žebelj prebode litij-ionsko baterijsko celico? Raziskovalci, ki so opazovali ta proces, trdijo, da so razvili metodo na osnovi polimera, ki se lahko zoperstavi nevarnostim požara, povezanim z litij-ionskimi baterijami.

Znanstveniki iz ameriškega nacionalnega laboratorija za obnovljivo energijo (NREL), NASA (NASA), University College London, Didcotov Faradayjev inštitut, londonski nacionalni fizikalni laboratorij in francoski evropski sinhrotron bodo žebelj zabili v valjasto baterijo »18650« (18 x 65 mm v velikost), ki se običajno uporablja v avtomobilskih aplikacijah. Raziskovalci poskušajo reproducirati mehanski stres, ki ga morajo baterije električnih vozil (EV) preživeti ob nesreči.

Žebelj bo sprožil kratek stik v bateriji, kar bo povzročilo dvig njene temperature. Da bi podrobneje preučili, kaj se je zgodilo v bateriji, ko je žebelj prodrl v baterijo, so raziskovalci uporabili hitro rentgensko kamero, da so posneli dogodek pri 2000 sličicah na sekundo.

Donal Finegan, zaposleni znanstvenik pri NREL, je dejal: »Ko baterija odpove, se zelo hitro izklopi, tako da lahko preide iz popolnoma nedotaknjene v plamen, ki jo pogoltne in popolnoma uniči v nekaj sekundah. Hitrost je zelo hitra, zelo hitra. Težko je razumeti, kaj se je zgodilo v teh dveh sekundah. Zelo pomembno pa je tudi razumeti, kaj se je zgodilo, saj je upravljanje teh dveh sekund pomemben dejavnik pri izboljšanju varnosti baterije.«

Če ga ne označite, je dokazano, da dvig temperature baterije, ki ga povzroči toplotni pobeg, presega 800 stopinj Celzija.

Celice baterije vsebujejo tokovne zbiralnike iz aluminija in bakra. Raziskovalna skupina je za enako vlogo uporabila polimere, prevlečene z aluminijem, in opazila, da se njihovi tokovni kolektorji pri visokih temperaturah skrčijo, kar takoj zaustavi pretok toka. Toplota kratkega stika povzroči, da se polimer skrči, reakcija pa tvori fizično pregrado med nohtom in negativno elektrodo, kar ustavi kratek stik.

Med poskusom bodo vse baterije brez polimernega tokovnega zbiralnika izgorele, če bo žebelj preboden. Nasprotno pa nobena od baterij, napolnjenih s polimerom, ni pokazala tega obnašanja.

Finegan je dejal: »Katastrofalna okvara baterije je zelo redka, ko pa se to zgodi, lahko povzroči veliko škode. Ne gre samo za varnost in zdravje ustreznega osebja, ampak tudi za podjetje.”

Ameriški znanstveniki so predlagali, da lahko polimerni tokovni zbiralniki preprečijo požare in izboljšajo nevarnost požara baterij za shranjevanje energije

Glede na podjetje, ki integrira baterijske celice, je NREL opozoril na svojo bazo podatkov o okvarah baterije, ki vsebuje na stotine radioloških video in temperaturnih podatkovnih točk iz več sto testov zlorabe litij-ionskih baterij.

Finegan je dejal: “Mali proizvajalci nimajo vedno časa in sredstev za testiranje baterij na tako strog način, kot smo ga imeli v zadnjih petih do šestih letih.”

Ruski raziskovalci so pred kratkim razvili tudi zamisel o uporabi polimerov za preprečevanje požarov baterij. Profesor Oleg Levin z Oddelka za elektrokemijo na Univerzi v Sankt Peterburgu in njegovi sodelavci so razvili metodo za uporabo polimerov in zaprosili za patent. Prevodnost tega polimera se spreminja s spremembami toplote ali napetosti. Ekipa je to metodo poimenovala “kemična varovalka”.

Glede na skupino mikro-litijevih baterij je trenutno ta polimer ruskih znanstvenikov primeren samo za litij-železove fosfatne (LFP) baterije, ker različne komponente katode delujejo pri različnih napetostnih nivojih. Za LFP baterije je 3.2 V. Konkurenčne katode nikelj-mangan-kobalt (NMC) imajo delovne napetosti med 3.7 V in 4.2 V, odvisno od vrste NMC baterije.