Firma LG Chem opracowała nowy materiał, który może wyeliminować ryzyko niekontrolowanego wzrostu temperatury w akumulatorach litowo-jonowych. To przełomowe odkrycie może poprawić bezpieczeństwo pojazdów elektrycznych (EV), smartfonów i innych urządzeń, które wykorzystują tego typu baterie. Szczegóły dotyczące jego działania opisano w czasopiśmie Nature Communications.
Nowy materiał LG Chem zapobiega pożarom akumulatorów
Wyciek termiczny występuje, gdy katoda i anoda akumulatora przypadkowo wchodzą w bezpośredni kontakt, powodując zwarcie i wydzielając ciepło. W ciągu kilku sekund temperatura wewnątrz ogniwa może wzrosnąć do prawie 1000oC. Aby temu zapobiec, inżynierowie LG Chem stworzyli materiał SRL (Safety Reinforced Layer), który reaguje na temperaturę.
Czytaj też: Szwajcarskie odkrycie: akumulator z niobem wytrzyma ponad 10 000 cykli ładowania
Jest on niewiarygodnie cienki, ma zaledwie 1 mikrometr grubości, a to 100 razy mniej niż ludzi włos. Warstwa SRL jest umieszczona między katodą a kolektorem prądu, folią aluminiową, która przewodzi prąd w ogniwie. Materiał ten działa jak inteligentny bezpiecznik – w normalnych okolicznościach pozwala na działanie ogniwa, ale gdy temperatura wzrośnie (90-130oC) poza bezpieczny zakres, SRL reaguje.
Ten materiał tłumiący niekontrolowany wzrost temperatury jest bardzo wrażliwy na temperaturę, a jego rezystancja elektryczna wzrasta o 5000 omów (Ω) na każdy 1oC wzrostu temperatury. Maksymalna oporność materiału jest ponad 1000 razy wyższa niż w normalnych temperaturach. Co więcej, po obniżeniu temperatury, rezystancja wraca do normy, a akumulator działa normalnie.
Aby zademonstrować skuteczność SRL, inżynierowie LG Chem przeprowadzili testy penetracji gwoździami mobilnych akumulatorów litowo-kobaltowych. Ponieważ zawierały one warstwę SRL, żaden z nich się nie zapalił. To wyraźny kontrast w porównaniu ze standardowymi akumulatorami, z których tylko 16 proc. nie wybuchło podczas podobnego uszkodzenia.
W testach uderzeniowych, w których ciężar o masie 10 kg został zrzucony na akumulatory niklowo-kobaltowo-manganowe (NCM) do pojazdów elektrycznych, wszystkie standardowe akumulatory zapaliły się, ale 70 proc. z tych z SRL nie, a nawet pozostałe 30 proc. miało tylko krótkie płomienie, które szybko zgasły.
Testy uderzeniowe na ogniwach 3,4 Ah pokazują, że SRL zmniejsza eksplozje akumulatorów z 63 proc. do 10 proc. SRL pokonuje ograniczenia poprzednich metod zapobiegania niekontrolowanemu rozprzestrzenianiu się ciepła, które często spowalniały czas reakcji lub zmniejszały gęstość energii akumulatora. Co więcej, SRL można łatwo zintegrować z istniejącymi procesami produkcji masowej.
Lee Jong-Ku, dyrektor ds. technicznych LG Chem, mówi:
To namacalne osiągnięcie badawcze, które można zastosować w produkcji masowej w krótkim czasie. Ulepszymy technologię bezpieczeństwa, aby zapewnić klientom możliwość korzystania z pojazdów elektrycznych z pewnością siebie i przyczynić się do wzmocnienia naszej konkurencyjności na rynku akumulatorów.