باتری لیتیوم یونی ضد اشتعال
باتری های لیتیوم یونی (Li-ion) به دلیل انرژی زیادی که می توانند در فضاهای کوچک ذخیره کنند، در انواع مختلف و تعداد زیادی از وسائل روزانه زندگی ما از ساعت های هوشمند گرفته تا خودروهای الکتریکی به کار می روند.
بازدهی خوب این باتری ها و همچنین میزان ذخیره سازی خوب و طول عمر نسبتا بالا نسبت به سایر رقبایشان، آن ها را به رایج ترین نوع باتری های موجود در صنعت تبدیل کرده است.
اما یک ایراد قابل توجه در باتری های لیتیوم-یون همواره پژوهشگران حوزه انرژی و همچنین مصرف کنندگان این باتری ها را آزار می دهد، زمانی که این باتری ها بیش از اندازه گرم شوند، مستعد آتش گرفتن و حتی انفجار خواهند بود.
در حال حاضر هم راه حل هایی مانند قرار دادن دریچه خارجی، سنسور دما و یا الکترولیت مقاوم در برابر شعله برای کنترل این نقص ارائه شده و حتی در مقیاس صنعتی بر روی باتری ها اعمال شده است. اما در نهایت یا منجر به کاهش بازدهی و آسیب به عملکرد کلی باتری شده اند و یا در برخی موارد سرعت پاسخ دهی مناسبی نداشته اند.
راهکاری برای حل مشکل اشتعال باتری لیتیوم یونی
از این رو آقای وانگ و همکارانشان اخیرا مقاله ای را در مجله ای سی اس نانولترز(ACS Nano Letters) به چاپ رساندند که در آن راه حلی را برای این مشکل مطرح نموده اند.
باطری لیتیوم یونی
ساختار اکثر باتری ها مشابه یکدیگر است: الکترون های از طریق مداری که دارای دو الکترود است جریان پیدا می کنند، در باتری های لیتیوم یونی، الکترولیتی که دو الکترود را از هم جدا می کند با گرم شدن بیش از مقدار معین، تبخیر می گردد و باعث اتصال کوتاه در مدار می شود.
در برخی موارد علاوه بر اتصال کوتاه شرایط فرار حرارتی نیز ایجاد می شود، پدیده ای که در آن باتری به صورت غیر قابل کنترلی دمای خودش را افزایش می دهد.
در این شرایط، زمانی که چندین سلول لیتیوم-یون به هم زنجیر شده باشند (مانند وسائل نقلیه الکتریکی) حرارت می تواند از یک واحد به واحد دیگر گسترش یابد و در نهایت منجر به آتش سوزی بزرگ شود.
آقای وانگ به منظور جلوگیری از این فاجعه در مواقع گرم شدن بیش از حد، در کنار حفظ بازدهی و طول عمر باتری در شرایط معمولی، یک پلیمر واکنشگر حرارتی دارای حافظه با پوششی از مس را پیشنهاد دادند.
به واسطه حضور این پلیمر در دمای حدود 197 درجه فارنهایت، لایه مسی جدا شده و جریان الکترون ها متوقف می شود. این فرایند موجب خاموش شدن باتری و جلوگیری از آتش سوزی می گردد.
به ادعای آقای وانگ، استفاده از این پلیمر در باتری، تاثیری در رسانایی بالا، مقاومت کم و طول عمر چرخه ای آن نداشته و صرفا ایمنی باتری را افزایش می دهد. برای مطالعه مفصل تر خبر فوق و همچنین دستیابی به جزئیات مقاله می توانید به لینک زیر مراجعه نمایید.
منبع:
Jichen Jia, Hao Liu, Shenglong Liao, Kai Liu, Yapei Wang. Early Braking of Overwarmed Lithium-Ion Batteries by Shape-Memorized Current Collectors. Nano Letters, 2022; DOI:10.1021/acs.nanolett.2c03645
