En forskargrupp från National Renewable Energy Laboratory (NREL) föreslog en ny metod för att lösa brandproblemet med litiumjonbatterier. Nyckeln till svaret kan ligga i den temperaturkänsliga strömavtagaren.

Amerikanska forskare föreslog att polymerströmavtagare kan förhindra bränder och förbättra brandrisker för energilagringsbatterier

Vad händer när en spik tränger igenom en litiumjonbattericell? Forskarna som observerade denna process hävdar att de har utvecklat en polymerbaserad metod som kan motverka de inneboende brandriskerna i samband med litiumjonbatterier.

Forskare från US National Renewable Energy Laboratory (NREL), NASA (NASA), University College London, Didcots Faraday Institute, Londons National Physical Laboratory och Frankrikes European Synchrotron, kommer att slå in i ett cylindriskt “18650 batteri” (18×65 mm i storlek) som vanligtvis används i fordonstillämpningar. Forskare försöker återskapa den mekaniska påfrestning som elfordonsbatterier (EV) måste utstå vid en krock.

Spiken kommer att utlösa en kortslutning inuti batteriet, vilket gör att dess temperatur stiger. För att närmare studera vad som hände inuti batteriet när spiken penetrerade batteriet använde forskarna en höghastighetsröntgenkamera för att fånga händelsen med 2000 bilder per sekund.

Donal Finegan, en personalforskare vid NREL, sa: “När batteriet går sönder går det sönder mycket snabbt, så det kan gå från helt intakt till att sväljas av lågor och förstöras helt på några sekunder. Hastigheten är väldigt snabb, väldigt snabb. Det är svårt att förstå vad som hände på dessa två sekunder. Men det är också väldigt viktigt att förstå vad som hände, eftersom hanteringen av dessa två sekunder är en viktig faktor för att förbättra batterisäkerheten.”

Om den lämnas okontrollerad har det visat sig att batteritemperaturökningen orsakad av termisk runaway överstiger 800 grader Celsius.

Battericellerna innehåller strömavtagare av aluminium och koppar. Forskargruppen använde aluminiumbelagda polymerer för att spela samma roll och observerade att deras strömavtagare krymper vid höga temperaturer, vilket omedelbart stoppar strömflödet. Kortslutningsvärmen får polymeren att krympa, och reaktionen bildar en fysisk barriär mellan spiken och den negativa elektroden, vilket stoppar kortslutningen.

Under experimentet kommer alla batterier utan en polymerströmavtagare att deflagrera om spiken sticker hål. Däremot uppvisade inget av batterierna laddade med polymer detta beteende.

Finegan sa: “Det katastrofala felet i batteriet är mycket sällsynt, men när detta händer kan det orsaka mycket skada. Det är inte bara för den berörda personalens säkerhet och hälsa, utan också för ett företag.”

Amerikanska forskare föreslog att polymerströmavtagare kan förhindra bränder och förbättra brandrisker för energilagringsbatterier

Med tanke på företaget som integrerar battericeller, pekade NREL på sin batterifeldatabas, som innehåller hundratals radiologiska video- och temperaturdatapunkter från hundratals litiumjonbatterimissbrukstester.

Finegan sa: “Små tillverkare har inte alltid tid och resurser att testa batterier på ett så rigoröst sätt som vi har gjort under de senaste fem till sex åren.”

Ryska forskare har också nyligen utvecklat idén om att använda polymerer för att förhindra batteribränder. Professor Oleg Levin vid institutionen för elektrokemi vid St. Petersburgs universitet och hans kollegor utvecklade en metod för att använda polymerer och ansökte om patent. Konduktiviteten hos denna polymer ändras med förändringar i värme eller spänning. Teamet kallade denna metod “kemisk tändrör”.

Enligt mikrolitiumbatterigruppen är denna polymer av ryska forskare för närvarande endast lämplig för litiumjärnfosfat (LFP)-batterier, eftersom olika katodkomponenter fungerar vid olika spänningsnivåer. För LFP-batterier är det 3.2V. Konkurrentens nickel-mangan-kobolt (NMC) katoder har driftspänningar mellan 3.7V och 4.2V, beroende på typen av NMC-batteri.