211service.com
Baterie litowo-jonowe, które nie wybuchają
Nowy materiał polimerowy może zapobiec wybuchom baterii, które doprowadziły do masowych wycofań baterii litowo-jonowych do laptopów w zeszłym roku. (Patrz Bezpieczniejsze akumulatory litowo-jonowe). Nowy materiał, zwiększając bezpieczeństwo takich akumulatorów, może pomóc utorować drogę do powszechnego stosowania akumulatorów litowo-jonowych w pojazdach hybrydowych i elektrycznych.
Program oszczędzający baterię: Paski tej cienkiej białej folii mogą być kluczem do zapobiegania pożarom baterii, które w zeszłym roku zmusiły do wycofania milionów baterii. Materiał, który oddziela elektrody wewnątrz baterii, zmienia strukturę, zapobiegając przegrzaniu.
Baterie litowo-jonowe są używane w laptopach, ponieważ są małe i lekkie w porównaniu z alternatywami. W samochodach mogą zastąpić akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe stosowane obecnie w hybrydach, oszczędzając miejsce i poprawiając oszczędność paliwa poprzez zmniejszenie masy. Ale jak dotąd nie były one szeroko stosowane w samochodach, częściowo ze względów bezpieczeństwa. (Zobacz Czy samochody elektryczne litowo-jonowe są bezpieczne? )
Akumulatory mogą eksplodować i wybuchnąć płomieniem, gdy się przegrzeją – w wyniku przeładowania lub kontaktu elektrod wewnątrz akumulatora, co powoduje zwarcie elektryczne. Podczas gdy pożar laptopa może być niebezpieczny, baterie do takich urządzeń obejmują tylko kilka ogniw. Pożar spowodowany tysiącami ogniw w zestawie akumulatorów do samochodów mógłby być znacznie gorszy.
W ubiegłym roku miliony laptopów zostały wycofane przez tak duże firmy, jak Apple i Dell, ponieważ cząsteczki metalu zostały przypadkowo wprowadzone do ogniw baterii podczas produkcji. W rzadkich przypadkach cząstki te mogą przenikać przez plastikowy arkusz zwany separatorem, który zwykle zapobiega stykaniu się dodatnich i ujemnych elektrod w ogniwie. Takie zdarzenie może generować ciepło, które może spowodować dalsze uszkodzenie separatora, co skutkuje większymi zwarciami i większym nagrzewaniem. W wystarczająco wysokich temperaturach materiały elektrod rozkładają się, uwalniając tlen i prowadząc do szybszego nagrzewania, a ostatecznie do wybuchu i pożaru.
Badacze w Pokaż chemikalia , podmiot stowarzyszony ExxonMobil Chemical z siedzibą w Tokio w Japonii opracowali nowy separator, który odgrywa aktywną rolę w zapobieganiu przegrzaniu akumulatorów. Materiał może umożliwić spowolnienie reakcji, pozwalając akumulatorowi ostygnąć, a nie wybuchnąć płomieniem Piotr Roth , kierownik programu rozwoju zaawansowanych technologii w Sandia National Laboratories , w Albuquerque, Nowy Meksyk. Sandia testuje teraz funkcje bezpieczeństwa nowego separatora.
Separatory to materiały elektroizolacyjne, które zostały zaprojektowane tak, aby miały pory, które umożliwiają przemieszczanie się jonów litu tam i z powrotem między elektrodami akumulatora podczas ładowania i rozładowywania akumulatora. Nowa generacja separatorów została zaprojektowana tak, aby mięknąć, gdy osiągną określoną temperaturę, około 130 ºC. To zamyka pory, odcinając przepływ prądu. W niektórych przypadkach zatrzyma to przegrzanie. Ale jeśli temperatura w ogniwie nadal rośnie, materiały te topią się całkowicie, rozkładając się i powodując ogromne zwarcia elektryczne, które mogą przyspieszyć nagrzewanie. Jeśli ogniwo osiągnie temperaturę 180 °C, materiały elektrod mogą się rozłożyć, uwalniając tlen, który pozwala elektrolitowi akumulatora zapalić się i akumulator eksplodować.
W przeciwieństwie do tych separatorów, które rozkładają się w temperaturze nieco powyżej 150 ºC, nowy materiał Tonen pozostaje nienaruszony do 190 ºC. Dzięki zapobieganiu masywnym zwarciom elektrycznym nowy separator może zapobiec przyspieszonemu nagrzewaniu, które prowadzi do wybuchów, mówi Roth.
Wydajność separatora wynika z faktu, że zawiera więcej niż jeden polimer: jeden, który mięknie w temperaturze 130ºC, aby wyłączyć prąd, a drugi, aby utrzymać separator w stanie nienaruszonym, aby zapobiec zwarciom. Ponieważ materiał można wytwarzać poprzez modyfikację istniejącego sprzętu produkcyjnego, może on szybko być dostępny w dużych ilościach, jak twierdzi Koichi Kono, kierownik ds. badań i rozwoju w Tonen. Komercyjnie jesteśmy gotowi, mówi.
Inne firmy opracowały alternatywne metody zwiększania bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych, w tym stosowanie różnych materiałów elektrod lub niepalnych elektrolitów lub dodanie cienkiej warstwy materiału ceramicznego w celu oddzielenia elektrod. Chociaż ceramika może przetrwać bardzo wysokie temperatury, pozostaje pytanie, jak dobrze można ją włączyć do procesów produkcyjnych i czy będą zbyt drogie, mówi Roth. Celem jest posiadanie baterii, które zawodzą z gracją, a nie wybuchowo.