Một nhóm nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL) đã đề xuất một phương pháp mới để giải quyết vấn đề cháy nổ của pin lithium-ion. Chìa khóa của câu trả lời có thể nằm ở bộ thu dòng điện nhạy cảm với nhiệt độ.

Các học giả Mỹ đề xuất rằng các bộ thu dòng điện polymer có thể ngăn ngừa hỏa hoạn và cải thiện nguy cơ cháy pin lưu trữ năng lượng

Điều gì xảy ra khi một chiếc đinh xuyên qua một tế bào pin lithium-ion? Các nhà nghiên cứu quan sát quá trình này tuyên bố rằng họ đã phát triển một phương pháp dựa trên polyme có thể chống lại các nguy cơ cháy vốn có liên quan đến pin lithium-ion.

Các học giả từ Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ (NREL), NASA (NASA), Đại học Cao đẳng London, Viện Faraday của Didcot, Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia London và Synchrotron Châu Âu của Pháp, sẽ đóng đinh vào một “pin 18650” hình trụ (18x65mm in kích thước) thường được sử dụng trong các ứng dụng ô tô. Các nhà nghiên cứu đang cố gắng tái tạo sức ép cơ học mà pin của xe điện (EV) phải chịu đựng khi va chạm.

Đinh sẽ kích hoạt đoản mạch bên trong pin, khiến nhiệt độ của nó tăng lên. Để nghiên cứu chi tiết hơn những gì đã xảy ra bên trong pin khi chiếc đinh xuyên qua pin, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một máy ảnh tia X tốc độ cao để ghi lại sự kiện này với tốc độ 2000 khung hình / giây.

Donal Finegan, một nhân viên khoa học tại NREL, cho biết: “Khi pin bị hỏng, nó sẽ hỏng rất nhanh, vì vậy nó có thể từ hoàn toàn nguyên vẹn trở thành bị ngọn lửa nuốt chửng và bị phá hủy hoàn toàn trong vài giây. Tốc độ rất nhanh, rất nhanh. Thật khó hiểu chuyện gì đã xảy ra trong hai giây này. Nhưng cũng rất quan trọng để hiểu những gì đã xảy ra, bởi vì việc quản lý hai giây này là một yếu tố quan trọng trong việc cải thiện độ an toàn của pin ”.

Nếu không được chọn, sự gia tăng nhiệt độ của pin do thoát nhiệt đã được chứng minh là vượt quá 800 độ C.

Các tế bào pin chứa các bộ thu dòng điện bằng nhôm và đồng. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các polyme phủ nhôm đóng vai trò tương tự và quan sát thấy các bộ thu dòng điện của chúng co lại ở nhiệt độ cao, ngay lập tức bắt giữ dòng điện chạy qua. Nhiệt ngắn mạch làm polyme co lại, và phản ứng tạo thành một rào cản vật lý giữa đinh và điện cực âm, làm ngừng ngắn mạch.

Trong quá trình thử nghiệm, tất cả các pin không có bộ thu dòng điện bằng polyme sẽ xẹp xuống nếu đinh đâm xuyên qua. Ngược lại, không có pin nào được nạp bằng polymer có biểu hiện này.

Finegan cho biết: “Sự cố nghiêm trọng của pin là rất hiếm, nhưng khi điều này xảy ra, nó có thể gây ra rất nhiều thiệt hại. Nó không chỉ vì sự an toàn và sức khỏe của những nhân viên có liên quan, mà còn cho cả một công ty ”.

Các học giả Mỹ đề xuất rằng các bộ thu dòng điện polymer có thể ngăn ngừa hỏa hoạn và cải thiện nguy cơ cháy pin lưu trữ năng lượng

Xem xét công ty đang tích hợp các tế bào pin, NREL đã chỉ ra cơ sở dữ liệu về lỗi pin của họ, chứa hàng trăm điểm dữ liệu nhiệt độ và video phóng xạ từ hàng trăm cuộc kiểm tra lạm dụng pin lithium-ion.

Finegan cho biết: “Các nhà sản xuất nhỏ không phải lúc nào cũng có thời gian và nguồn lực để kiểm tra pin theo cách nghiêm ngặt như chúng tôi có trong vòng XNUMX đến XNUMX năm qua”.

Các nhà nghiên cứu Nga gần đây cũng đã phát triển ý tưởng sử dụng polyme để ngăn cháy pin. Giáo sư Oleg Levin thuộc Khoa Điện hóa tại Đại học St.Petersburg và các đồng nghiệp của ông đã phát triển một phương pháp sử dụng polyme và xin cấp bằng sáng chế. Độ dẫn của polyme này thay đổi theo sự thay đổi của nhiệt hoặc điện áp. Nhóm nghiên cứu gọi phương pháp này là “nhiên liệu hóa học”.

Theo nhóm pin micro-lithium, hiện tại, loại polymer này của các nhà khoa học Nga chỉ phù hợp với pin lithium iron phosphate (LFP), do các thành phần catốt khác nhau hoạt động ở các mức điện áp khác nhau. Đối với pin LFP, nó là 3.2V. Các cực âm niken-mangan-coban (NMC) của đối thủ cạnh tranh có điện áp hoạt động từ 3.7V đến 4.2V, tùy thuộc vào loại pin NMC.