نوآوری پژوهشگران برای ایمن‌سازی باتری‌های لیتیومی
پژوهشگران چینی با طراحی جدیدی برای باتری‌های لیتیوم‌یون، خطر آتش‌سوزی و انفجار را به حداقل رسانده‌اند. در آزمایش‌های انجام‌شده، دمای این باتری‌ها در شرایط خطرناک تنها ۳.۵ درجه افزایش یافت، در حالی که این عدد در باتری‌های معمولی به ۵۵۵ درجه می‌رسد.
به گزارش دیده بان انرژی و به نقل از ایرنا؛ وبگاه تِک‌اِکسپلور در گزارشی آورده است:
باتری‌های لیتیوم‌یون متداول با خطر آتش‌سوزی شناخته می‌شوند و حتی در موارد خاصی می‌توانند باعث انفجار شوند. استفاده گسترده از این باتری‌ها در همه چیز از خودروهای برقی تا مسواک‌های برقی، مقابله با این خطر را به اولویتی مهم تبدیل کرده است.
خطر آتش‌سوزی چگونه ایجاد می‌شود؟
سه دلیل اصلی برای آتش‌گرفتن باتری‌های لیتیوم‌یون وجود دارد:
۱. آسیب فیزیکی: ضربه‌خوردن، لِه‌شدن یا سوراخ‌شدن باتری؛
۲. شارژ بیش از حد: شارژ شدن باتری بیش از حد مجاز؛
۳. نقص ساخت: اشتباه در فرآیند تولید باتری.
اما چه اتفاقی در درون باتری می‌افتد؟
وقتی یکی از این مشکلات پیش می‌آید، یک واکنش زنجیره‌ای خطرناک به نام فرار حرارتی آغاز می‌شود. در این واکنش ذرات باردار منفی (آنیون‌ها) از لیتیوم جدا می‌شوند. این جدایی گرمای زیادی تولید می‌کند. گرما موجب واکنش‌های شیمیایی بیشتر و آزادسازی گرمای افزون‌تر می‌شود. این چرخه آن‌قدر ادامه می‌یابد که دمای باتری به‌سرعت بالا می‌رود.
یک مقایسه چشمگیر
باتری معمولی: در صورت آسیب‌دیدگی، دمای باتری معمولی می‌تواند در چند ثانیه بیش از ۵۰۰ درجه افزایش یابد؛ این دما می‌تواند فلز را ذوب کند.
باتری جدید: در همین شرایط، دمای باتری جدید فقط ۳.۵ درجه افزایش می‌یابد؛ تفاوتی که حتی حس‌کردنی نیست.
این پدیده توضیح می‌دهد که چرا گاهی گوشی‌های همراه یا اسکوترهای برقی ناگهان آتش می‌گیرند و اهمیت یافته جدید پژوهشگران را نشان می‌دهد.
راه‌حل جدید پژوهشگران چینی
پژوهشگران چینی راهی برای کاهش چشمگیر گرمای آزادشده در باتری‌های آسیب‌دیده یافته‌اند. در آزمایش‌های سوراخ‌کاری با میخ که نتایج آن در نشریه نِیچِر انرژی / Nature Energy منتشر شده، افزایش دما تنها حدود ۳.۵ درجه سانتی‌گراد بود.
کلید این نوآوری: راهبرد جایگزینی حلّال
پژوهشگران دریافتند که ایجاد ارتباط بین یون‌ها در الکترولیت، دمای شروع فرار حرارتی را حدود ۹۴ درجه کاهش می‌دهد. آن‌ها با جایگزینی بخشی از حلّال باتری با ماده‌ای دیگر، این مشکل را حل کردند. این طراحی جدید همچنان امکان تشکیل لایه محافظ (SEI) در دمای پایین را فراهم می‌کند.
نتایج آزمایش‌های عملی
پژوهشگران برای اطمینان از عملکرد این طراحی جدید، آن را در باتری‌های ۱.۱ آمپرساعتی آزمایش کردند. نتایج بسیار چشمگیر بود:
- عمر بسیار طولانی: این باتری‌ها تا ۴۱۰۰ ساعت به طور مداوم کار کردند و پس از هزار بار شارژ و دشارژ، همچنان ۸۱.۹ درصد از ظرفیت اولیه خود را حفظ کرده بودند؛
- امنیت فوق‌العاده: در آزمایش سوراخ‌کردن باتری با میخ، که یک آزمون استاندارد برای سنجش ایمنی باتری است، دمای باتری جدید فقط ۳.۵ درجه سانتی‌گراد افزایش یافت؛
- مقایسه با باتری‌های معمولی: همین آزمایش روی یک باتری لیتیوم‌یون تجاری، افزایش دمای ۵۵۵ درجه‌ای و ورود به مرحله انفجار و آتش‌سوزی را نشان داد.
این اعداد در عمل چه معنایی دارند؟
این نتایج نشان می‌دهد باتری جدید نه تنها بسیار بادوام‌تر است، بلکه حتی در صورت آسیب فیزیکی جدی (مانند سوراخ‌شدن) احتمال آتش‌سوزی وجود ندارد. این یک پیشرفت بزرگ در مسیر ساخت باتری‌هایی است که هم‌زمان پرقدرت و ایمن هستند.
