Ognioodporna konstrukcja akumulatora litowo-jonowego wytrzymuje przebicie gwoździem i zapobiega niekontrolowanemu wzrostowi temperatury
Tradycyjne akumulatory litowo-jonowe, które zasilają szeroką gamę urządzeń elektronicznych, od samochodów po smartwatche, stanowią poważne zagrożenie pożarowe. Uszkodzone, przeładowane lub wadliwe mogą ulec niekontrolowanemu wzrostowi temperatury - niebezpiecznemu zdarzeniu, w którym wewnętrzne komponenty ulegają uszkodzeniu i uwalniają ekstremalne ciepło. W typowej baterii może to spowodować wzrost temperatury o ponad 500 °C, prowadząc do pożarów i eksplozji.
Teraz zespół naukowców z Chin, głównie z Chińskiego Uniwersytetu w Hongkongu, opracował nową konstrukcję baterii, która zmniejsza to ryzyko. W badaniu - opublikowanym w czasopiśmie Nature - zespół szczegółowo opisał nowy projekt i wyniki testów. Po przebiciu gwoździem bateria litowo-jonowa wykonana w tej konstrukcji odnotowała wzrost temperatury o około 3,5 °C i pozostała stabilna. W przypadku baterii z konwencjonalnymi elektrolitami odnotowano skok temperatury o 555,2 °C, eksplozję i pożar.
Zespół był w stanie dokonać tego przełomu dopiero po zidentyfikowaniu winowajcy - asocjacji jonów. W konwencjonalnych bateriach sposób, w jaki jony litu i jony ujemne grupują się razem w elektrolicie, jest dobry do tworzenia warstwy ochronnej zwanej stałą interfazą elektrolitu (SEI), która jest niezbędna dla długiego cyklu życia. Naukowcy odkryli jednak, że ta sama asocjacja jonów obniża również temperaturę, w której rozpoczyna się ucieczka termiczna o około 94 ° C, co czyni baterię znacznie mniej bezpieczną.
Aby rozwiązać ten kompromis, zespół opracował coś, co nazywa "strategią rozpuszczalnik-przekaźnik" Stworzyli oni nowy elektrolit, który zachowuje się inaczej w różnych temperaturach. W temperaturze pokojowej promuje on asocjację jonów potrzebną do dobrego tworzenia SEI. Jednak w podwyższonych temperaturach - takich jak te powstałe w wyniku uszkodzenia - specyficzny rozpuszczalnik o nazwie bis(fluorosulfonylo)imidek litu wkracza do akcji, wiążąc się z litem i promując dysocjację jonów. Działanie to hamuje niebezpieczne wiązania anionowe, które w przeciwnym razie doprowadziłyby do uwolnienia ciepła.
Projekt okazał się zarówno bezpieczny, jak i trwały. Ogniwa zaprojektowane z wykorzystaniem nowej strategii wykazały również wyjątkową żywotność, zachowując około 81,9% swojej pojemności po 1000 cyklach.
Źródło(a)
Nature Energy przez Tech Xplore
