A tűzbiztos lítium-ion akkumulátor kialakítása túléli a szögbe szúrást és megakadályozza a termikus elszabadulást
A hagyományos lítium-ion akkumulátorok, amelyek az elektronikus eszközök széles skáláját táplálják az autóktól az okosórákig, jelentős tűzveszélyt jelentenek. Ha megsérülnek, túltöltődnek vagy meghibásodnak, hőkiáramlásnak indulhatnak - ez egy olyan veszélyes esemény, amely során a belső alkatrészek szétesnek és rendkívüli hőt bocsátanak ki. Egy tipikus akkumulátor esetében ez 500 °C feletti hőmérséklet-emelkedést okozhat, ami tüzekhez és robbanásokhoz vezethet.
Egy kínai kutatócsoport, elsősorban a Hongkongi Kínai Egyetem munkatársai most olyan új akkumulátor-konstrukciót fejlesztettek ki, amely csökkenti ezt a kockázatot. A Nature folyóiratban megjelent tanulmányban a csapat részletesen bemutatta az új konstrukciót és a teszteredményeket. Az ezzel a kialakítással készült lítium-ion akkumulátor szöggel történő behatolásakor a hőmérséklet körülbelül 3,5 °C-kal emelkedett, és stabil maradt. Ami a hagyományos elektrolitokkal készült akkumulátort illeti, 555,2 °C-os hőmérséklet-emelkedést, robbanást és tüzet regisztráltak.
A csapat csak azután tudta elérni ezt az áttörést, hogy azonosította a bűnös személyt - az ionasszociációt. A hagyományos akkumulátorokban a lítiumionok és a negatív ionok csoportosulása az elektrolitban arra jó, hogy a szilárd elektrolit interfázisának (SEI) nevezett védőréteget képezzenek, ami létfontosságú a hosszú élettartamhoz. A kutatók azonban felfedezték, hogy ugyanez az ionok társulása körülbelül 94 °C-kal csökkenti azt a hőmérsékletet, amelyen a termikus elszabadulás megkezdődik, ami az akkumulátort sokkal kevésbé biztonságossá teszi.
Ennek a kompromisszumnak a megoldására a csapat kifejlesztette az általuk "oldószer-relé stratégiának" nevezett megoldást Olyan új elektrolitot terveztek, amely különböző hőmérsékleteken másképp viselkedik. Szobahőmérsékleten elősegíti a jó SEI-képződéshez szükséges ionasszociációt. Emelkedett hőmérsékleten azonban - például a károsodástól - egy speciális oldószer, a lítium-bisz(fluorszulfonil)imid lép közbe, amely kötődik a lítiumhoz és elősegíti az ionok disszociációját. Ez a hatás gátolja a veszélyes anionkötéseket, amelyek egyébként hőfelszabaduláshoz vezetnének.
A konstrukció biztonságosnak és tartósnak bizonyult. Az új stratégiájukkal tervezett cellák kivételes ciklikus élettartamot is mutattak, 1000 ciklus után is megtartották kapacitásuk mintegy 81,9%-át.
Forrás(ok)
