ساخت باتری‌هایی که آتش خود را خاموش می‌کنند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل ازاینترستینگ اینجینیرینگ، در این طرح محققان موفق شدند الکترولیت بسیار قابل احتراق (ماده‌ای که اجازه می‌دهد بار الکتریکی بین پایانه‌های باتری جریان پیدا کند) را با مواد موجود در یک کپسول آتش نشانی تجاری، جایگزین کنند.

الکترولیت معمولی از یک نمک لیتیوم و یک حلال آلی تشکیل شده که هر دو قابل اشتعال و مستعدِ فرارِ حرارتی هستند و یک واکنش زنجیره‌ای تولید گرما و تجزیه شیمیایی را ایجاد می‌کنند که می‌تواند منجر به آتش سوزی یا انفجار شود.

محققان دانشگاه هونان چین، خنک کننده‌های تجاری مقرون به صرفه‌ی آتش خاموش کن‌ها را تغییر دادند تا به عنوان الکترولیت باتری عمل کنند. الکترولیت آنها غیر قابل اشتعال، مقاوم در برابر حرارت و سازگار با هر نوع ترکیب شیمیایی باتری بود.

آزمایش ایمنی 

محققان باتری‌های خود را در شرایط مختلف در آزمایشگاه آزمایش کردند. الکترولیت آنها در طیف دمایی گستره، از منفی ۷۵ تا مثبت ۸۰ درجه سانتی گراد به خوبی کار کرد. آنها همچنین دریافتند این باتری ها، گرما را از خود بیرون کرده و به طور موثر آتش‌های داخلی را خاموش می‌کنند.

آنها این باتری را تحت آزمایش نفوذ میخ قرار دادند که روشی رایج برای ارزیابی ایمنی باتری لیتیوم یون است. در این روش فرو کردن یک میخ فولادی ضد زنگ در باتری شارژ شده، شبیه ساز یک اتصال کوتاه داخلی شده که می‌تواند باعث آتش سوزی یا انفجار شود. این باتری‌ها در برابر این ضربه وارده مقاومت کرده و آتش نگرفتند.

پیشرفت‌ها و چالش‌ها 

دانشمندان چینی می‌گویند طراحی آنها می‌تواند باتری‌های لیتیوم یونی را ایمن‌تر کند و برای اصلاحات طولانی مدت که خطرات ذاتی گرمای بیش از حد و فرار حرارتی را کاهش می‌دهد، زمان بخرد.

باتری‌های لیتیوم یونی به طور گسترده در وسایل نقلیه برقی الکترونیکی و برقی استفاده می‌شوند، اما از نظر ایمنی بی خطر نیستند. به عنوان مثال، دمای آنها با شارژ و تخلیه به دلیل مقاومت داخلی تغییر می‌کند (مخالفت درون باتری با جریان بار الکتریکی). ایمنی و دوام باتری می‌تواند به طور جدی به دلیل دمای بالای بیرونی یا دمای نامساعد در بسته باتری به خطر بیافتد.

یکی از مسائل ایمنی باتری‌های لیتیوم یونی این است که شارژ سریع آنها می‌تواند منجر به تشکیل دندریت (سوزن‌های لیتیومی تیز) روی آند باتری شود. این سوزن‌ها می‌توانند از جداکننده عبور کرده و به الکترود مقابل برسند و باعث اتصال کوتاه باتری و داغ شدن بیش از حد داخلی شوند.
این پژوهشگران قصد دارند یک الکترولیت غیرقابل اشتعال بسازند که به راحتی گرما را از بسته باتری منتقل کند، در طیف دمایی وسیعی کار کند، بسیار بادوام باشد و با هر نوع ترکیب شیمیایی باتری سازگار باشد. 

با این حال، آنها با چالش‌هایی نیز مواجه بودند. مثلا، اکثر حلال‌های آلی غیر قابل اشتعال شناخته شده حاوی فلوئور و فسفر گران قیمت هستند که می‌تواند به محیط زیست آسیب برساند. این دانشمندان در تلاشند به کاوش برای جایگزین‌های پایدارتر و مقرون به صرفه‌تر برای الکترولیت خود ادامه دهند.

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature Sustainability منتشر شده است.