Китайски учени са разработили течен електролит, който се втвърдява в момента, в който батерията прегрее, създавайки „защитна стена“, която ефективно гаси потенциални пожари, преди да започнат.
Изследването бележи първата в света демонстрация на натриево-йонни батерии в комерсиален мащаб – по-специално нивото на амперчаса, установено в смартфони и електроинструменти – което може напълно да предотврати термичното бягство. Термичното бягство е опасна верижна реакция, при която температурата на батерията се повишава неконтролируемо, което често води до експлозии. Констатациите бяха публикувани наскоро в списание Nature Energy.
В продължение на десетилетия индустрията оперираше с убеждението, че пожарите на батериите са причинени основно от запалването на течния електролит. За да се борят с това, изследователите се фокусираха върху разработването на незапалими течности.
Изследователският екип оспори тази конвенция, когато откри, че дори с течности, забавящи горенето, батериите все още могат да претърпят тежко термично изпускане. Те идентифицираха истинския виновник като разтопяването на сепаратора, тънка пластмасова мембрана, която разделя положителните и отрицателните страни на батерията. Когато тази мембрана се разтопи, тя причинява късо съединение, задействайки серия от странични реакции, освобождаващи топлина.
Използвайки това откритие, екипът създаде „полимеризиращ“ електролит. С прости думи, това е течност, която може да се превърне в твърдо вещество, подобно на пластмаса, когато се задейства. Електролитът използва две специфични натриеви соли, натриев тетрафлуороборат и натриев хексафлуорофосфат. Тези соли образуват защитни филми върху електродите на батерията, които са компонентите, които позволяват на електричеството да влиза и излиза от батерията. Тази настройка подобрява живота на батерията, като същевременно осигурява безопасност.
Ако батерията достигне необичайна температура от 150 C, течният електролит бързо се втвърдява в твърдо вещество. Тази физическа бариера блокира всяко взаимодействие между положителните и отрицателните електроди, ефективно изключвайки батерията безопасно.
За да докажат надеждността на технологията, изследователите проведоха два строги теста. В първия, те забиха стоманен пирон директно през батерията, за да симулират вътрешно късо съединение. Във втория, те поставят батерията във фурна, загрята до 300 C. И в двата сценария натриево-йонната батерия не произвежда дим, пожар или експлозии.
Ху Йонгшенг, професор в Института по физика на Китайската академия на науките, отбеляза, че тези тестове са извършени върху батерии, оразмерени за потребителска електроника, а не върху малки лабораторни „монитофонни клетки“. Това показва, че технологията е почти готова за масово производство.
Ху каза, че пробивът в безопасността не компрометира производителността. Батерията остава стабилна при високи напрежения и работи при екстремни метеорологични условия, вариращи от минус 40 C до 60 C. Ако бъде инсталирана в електрическо превозно средство, Ху каза, че няма да има безпокойство за обхвата дори през зимата в Северен Китай, където температурите често падат до минус 20 C.
Докато литиево-йонните батерии в момента доминират на пазара, натриево-йонните версии предлагат няколко предимства. Литият е ограничен ресурс, който често е скъп и се внася. Натрият, основният елемент в готварската сол, е в изобилие и е евтин.
Докато натриево-йонните батерии в момента изостават от литиево-йонните модели по енергийна плътност – количеството енергия, което една батерия може да побере в сравнение с нейното тегло – Ху вярва, че те са много обещаващи за големи електрически мрежи и търговски превозни средства. Текущите изследвания имат за цел да запълнят разликата в производителността и да разширят производствения капацитет.
[email protected]
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта