باتری لیتیومی جدیدی که می‌تواند آتش خود را خاموش کند

مجموعه: اختراعات جدید

به گزارش ایسنا، دانشمندان طرح جدیدی برای باتری قابل شارژ خود خاموش شونده ارائه کرده‌اند که می‌تواند از آتش سوزی و انفجار ناشی از گرمای بیش از حد جلوگیری کند.

این مطالعه که در مجله Nature Sustainability منتشر شده است، توضیح می‌دهد که چگونه پژوهشگران الکترولیت بسیار قابل احتراق(ماده‌ای که اجازه می‌دهد بار الکتریکی بین پایانه‌های باتری جریان پیدا کند) با مواد موجود در یک کپسول آتش‌نشانی تجاری جایگزین کردند.

الکترولیت معمولی از یک نمک لیتیوم و یک حلال آلی ساخته شده است که هم قابل اشتعال و هم مستعد فرار حرارتی است که یک واکنش زنجیره‌ای تولید گرما و تجزیه شیمیایی است که می‌تواند منجر به آتش سوزی یا انفجار شود.

اکنون پژوهشگران خنک کننده‌های تجاری مقرون به صرفه را که برای سرکوب شعله‌ها استفاده می‌شود، تغییر داده‌اند تا به عنوان الکترولیت باتری عمل کنند. الکترولیت آنها غیرقابل اشتعال، مقاوم در برابر حرارت و سازگار با هر نوع شیمی باتری است.

آزمون‌های ایمنی

پژوهشگران باتری‌های خود را در آزمایشگاه و در شرایط مختلف آزمایش کردند و الکترولیت آنها در محدوده دمایی وسیعی از منفی ۷۵ تا مثبت ۸۰ درجه سانتی‌گراد به خوبی کار کرد.

آنها همچنین دریافتند که باتری‌های آنها گرما را از باتری منتقل می‌کند و به طور موثر از آتش گرفتگی‌های داخلی جلوگیری می‌کند.

آنها باتری‌های خود را تحت آزمایش نفوذ میخ قرار دادند که روشی رایج برای ارزیابی ایمنی باتری‌های لیتیوم یونی است. فرو کردن یک میخ فولادی ضد زنگ در باتری شارژ شده، یک اتصال کوتاه داخلی را ایجاد می‌کند که می‌تواند باعث آتش‌سوزی یا انفجار شود. در نهایت مشاهده شد که وقتی یک میخ در این باتری‌های جدید شارژ شده فرو می‌رود، بدون اینکه آتش بگیرد در برابر ضربه مقاومت می‌کند.

مزایا و چالش‌ها

پژوهشگران می‌گویند که طراحی آنها این پتانسیل را دارد که باتری‌های لیتیوم یونی را ایمن‌تر کند و می‌تواند برای بهبودهای طولانی‌مدت که خطرات ذاتی گرمای بیش از حد و فرار حرارتی را کاهش می‌دهد، زمان بخرد.

باتری‌های لیتیوم یونی به طور گسترده در دستگاه‌ها و وسایل نقلیه الکترونیکی و الکتریکی استفاده می‌شوند، اما دارای چندین مشکل ایمنی هستند. به عنوان مثال، دمای آنها با شارژ و تخلیه به دلیل مقاومت داخلی تغییر می‌کند.

ایمنی و دوام این نوع از باتری‌ها می‌تواند به شکل جدی به دلیل دمای بالای فضای باز یا دمای متغیر در فضای بسته به خطر بیفتد.

یکی از مسائل ایمنی باتری‌های لیتیوم یونی این است که شارژ سریع آنها می‌تواند منجر به تشکیل دندریت(سوزن‌های لیتیومی تیز) روی آنُد باتری شود. این سوزن‌ها می‌توانند از جداکننده خارج شوند و به الکترود مقابل برسند و باعث اتصال کوتاه باتری و داغ شدن بیش از حد داخلی شوند.

پژوهشگران می‌گویند که می‌خواهند یک الکترولیت غیرقابل اشتعال بسازند که به راحتی گرما را از بسته باتری به بیرون منتقل کند، در محدوده دمایی وسیعی کار کند، بسیار بادوام باشد و با هر نوع شیمی باتری سازگار باشد.

با این حال آنها با چالش‌هایی نیز مواجه هستند. به عنوان مثال، اکثر حلال‌های آلی غیر قابل اشتعال شناخته شده حاوی فلوئور و فسفر هستند که گران‌قیمت هستند و می‌توانند به محیط زیست آسیب برسانند.

پژوهشگران می‌گویند، همچنان به بررسی جایگزین‌های پایدارتر و مقرون به صرفه‌تر برای الکترولیت خود ادامه خواهند داد.