211service.com
Lithium-ion-batterier, der ikke eksploderer
Et nyt polymermateriale kunne forhindre den type batterieksplosioner, der førte til sidste års massive tilbagekaldelser af lithium-ion bærbare batterier. (Se sikrere lithium-ion-batterier.) Ved at gøre sådanne batterier sikrere, kan det nye materiale hjælpe med at rydde vejen for den udbredte brug af lithium-ion-batterier i hybrid- og elektriske køretøjer.
Batterisparer: Strimler af denne tynde hvide film kan være nøglen til at forhindre batteribrande af den slags, der tvang tilbagekaldelsen af millioner af batterier sidste år. Materialet, som adskiller elektroder inde i et batteri, ændrer struktur for at forhindre overophedning.
Lithium-ion-batterier bruges i bærbare computere, fordi de er små og lette sammenlignet med alternativerne. I biler kunne de erstatte de nikkelmetalhydridbatterier, der bruges i hybrider nu, hvilket sparer plads og forbedrer brændstoføkonomien ved at reducere vægten. Men indtil videre er de ikke blevet brugt meget i biler, til dels på grund af sikkerhedshensyn. (Se Er lithium-ion elbiler sikre?)
Batterierne kan eksplodere og bryde i flammer, når de overophedes - et resultat af overopladning eller af, at elektroderne inde i batteriet kommer i kontakt, hvilket forårsager en elektrisk kortslutning. Mens en bærbar brand kan være farlig, involverer batterier til sådanne enheder kun nogle få celler. En brand forårsaget af tusindvis af celler i en batteripakke til biler kan være meget værre.
Sidste år blev millioner af bærbare computere tilbagekaldt af så store virksomheder som Apple og Dell, fordi metalpartikler ved et uheld blev inkorporeret i battericeller under fremstillingen. I sjældne tilfælde kan disse partikler trænge ind i en plastikplade kaldet en separator, der normalt forhindrer de positive og negative elektroder i en celle i at røre ved. En sådan hændelse kan generere varme, som kan få separatoren til at bryde yderligere ned, hvilket resulterer i mere kortslutning og mere opvarmning. Ved høje nok temperaturer nedbrydes elektrodematerialerne, frigiver ilt og fører til hurtigere opvarmning og i sidste ende en eksplosion og brand.
Forskere ved Vis Kemikalie , et datterselskab af ExxonMobil Chemical baseret i Tokyo, Japan, har udviklet en ny separator, der spiller en aktiv rolle i at forhindre, at batterier overophedes. Materialet kunne gøre det muligt at bremse reaktionerne og lade batteriet køle af i stedet for at bryde i flammer, siger Peter Roth , programleder for avanceret teknologiudvikling på Sandia National Laboratories , i Albuquerque, NM. Sandia tester nu sikkerhedsfunktionerne i den nye separator.
Separatorer er elektrisk isolerende materialer, der er konstrueret til at have porer, der gør det muligt for lithium-ioner at bevæge sig frem og tilbage mellem et batteris elektroder, mens batteriet oplades og aflades. En ny generation af separatorer er designet til at blive blødere, når de når en bestemt temperatur, omkring 130 ºC. Det lukker porerne og lukker for strømmen. I nogle tilfælde vil dette stoppe overophedningen. Men hvis temperaturen fortsætter med at stige i cellen, smelter disse materialer fuldstændigt, nedbrydes og forårsager massive elektriske kortslutninger, der kan fremskynde opvarmningen. Hvis cellen topper 180 ºC, kan elektrodematerialerne nedbrydes og frigive ilt, der tillader batteriets elektrolyt at antænde, og batteriet kan eksplodere.
I modsætning til disse separatorer, der går i stykker ved lidt over 150 ºC, forbliver det nye Tonen-materiale intakt op til 190 ºC. Ved at forhindre massiv elektrisk kortslutning kan den nye separator forhindre den accelererede opvarmning, der fører til eksplosioner, siger Roth.
Separatorens ydeevne skyldes, at den indeholder mere end én polymer: en, der blødgøres ved 130 ºC for at lukke strøm, og en anden for at holde separatoren intakt for at forhindre kortslutning. Da materialet kan fremstilles ved at modificere eksisterende produktionsudstyr, kan det hurtigt være tilgængeligt i store mængder, ifølge Koichi Kono, Tonens R&D-chef. Kommercielt er vi klar, siger han.
Andre virksomheder har udviklet alternative tilgange til at gøre lithium-ion-batterier sikrere, herunder at bruge forskellige elektrodematerialer eller ikke-brændbare elektrolytter eller tilføje et tyndt lag keramisk materiale for at holde elektroderne adskilt. Mens keramikken kan overleve meget høje temperaturer, er der stadig spørgsmål om, hvor godt de kan inkorporeres i fremstillingsprocesser, og om de vil være for dyre, siger Roth. Målet er at have batterier, der svigter yndefuldt frem for eksplosivt.