Το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια κατασκευάζει νέο διάφραγμα μπαταρίας για να αποφύγει τις εκρήξεις υπερθέρμανσης της μπαταρίας χρησιμοποιώντας δίχτυα νανοσωλήνων άνθρακα

著者：Iflowpower – Dodavatel přenosných elektráren

Ο νανο-μηχανικός του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο έχει αναπτύξει ένα ασφαλές χαρακτηριστικό που εμποδίζει την ταχεία θέρμανση και ανάφλεξη των μπαταριών μετάλλου λιθίου όταν βραχυκυκλώνονται. Ο Liu Ping, καθηγητής νανο-μηχανικής από την Καλιφόρνια του Σαν Ντιέγκο, δημοσίευσε μια εργασία στο περιοδικό "Advanced Materials", που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό "Advanced Materials", παρουσίασε λεπτομερώς τη δουλειά τους. Οι μπαταρίες μετάλλου λιθίου έχουν μεγάλες δυνατότητες απόδοσης, αλλά είναι εύκολο να αποτύχουν στην τρέχουσα μορφή.

Αυτό οφείλεται στην ανάπτυξη της δομής της βελόνας που ονομάζεται δενδριτικό κρύσταλλο, η δενδριμάτωση σχηματίζεται στην άνοδο μετά τη φόρτιση της μπαταρίας και ο διαχωριστής μπορεί να τρυπηθεί και ο διαχωριστής σχηματίζεται μεταξύ της ανόδου και της καθόδου. Εμπόδιο, επιβράδυνση της ροής ενέργειας και θερμότητας. Όταν αυτό το εμπόδιο καταστραφεί και τα ηλεκτρόνια μπορούν να ρέουν πιο ελεύθερα, παράγουν περισσότερες θερμίδες και τα πράγματα θα είναι εκτός ελέγχου, προκαλώντας υπερθέρμανση της μπαταρίας, αστοχία, πυρκαγιά, ακόμη και έκρηξη.

Οι επιστήμονες επιδιώκουν να λύσουν αυτά τα προβλήματα στις μπαταρίες μετάλλου λιθίου με διάφορους τρόπους, όπου τα υπερηχητικά ή ειδικά προστατευτικά στρώματα χρησιμοποιούν υπέρηχους ή ειδικά προστατευτικά στρώματα από λίγες μόνο πιθανότητες. Η ομάδα έχει καθαρίσει το τμήμα της μπαταρίας που ονομάζεται διάφραγμα. Το διάφραγμα είναι ένα φράγμα μεταξύ του θετικού ηλεκτροδίου και του αρνητικού ηλεκτροδίου, έτσι ώστε όταν η μπαταρία είναι μικρή, η ενέργεια που συσσωρεύεται στην μπαταρία (δηλαδή η θερμότητα) ρέει αργά.

Ο πρώτος συγγραφέας της διατριβής έμεινε έκπληκτος: «Δεν προσπαθούμε να αποτρέψουμε την αστοχία της μπαταρίας. Απλώς κάνουμε την μπαταρία πιο ασφαλή, ώστε όταν αποτύχει, η μπαταρία να μην πιάσει φωτιά ή έκρηξη. Μπαταρίες μετάλλου λιθίου Μετά από επαναλαμβανόμενη φόρτιση, η άνοδος θα εμφανιστεί στην άνοδο.

Με την πάροδο του χρόνου, η δενδριτική ανάπτυξη είναι αρκετά μεγάλη, διεισδύοντας στο διάφραγμα, ανυψώνοντας μια γέφυρα μεταξύ της ανόδου και της καθόδου, προκαλώντας εσωτερικά βραχυκυκλώματα. Όταν συμβεί αυτό, η ροή ηλεκτρονίων μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων χάνει τον έλεγχο, με αποτέλεσμα η μπαταρία να υπερθερμανθεί και να σταματήσει να λειτουργεί. Η ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο είναι ουσιαστικά ανακουφισμένη.

Η μία πλευρά καλύπτει ένα λεπτό στρώμα, μερικώς ηλεκτρικά αγώγιμο δίκτυο νανοσωλήνων άνθρακα, το οποίο μπορεί να παρεμποδίσει κάθε σχηματισμό δενδριτών. Όταν μια δενδριτική πάστα στο διάφραγμα και χτυπήσει το δίχτυ νανοσωλήνων άνθρακα, το ηλεκτρονικό έχει ένα κανάλι, το οποίο μπορεί να εκφορτιστεί αργά, όχι απευθείας στην κάθοδο. Ο Gonzalez θα συγκρίνει τον νέο διαχωριστή μπαταρίας με τη διαδρομή αποστράγγισης στο φράγμα.

Είπε: «Όταν το φράγμα αρχίσει να απομονώνεται, θα ανοίξετε τη διαρροή, θα αφήσετε λίγο νερό να ρέει έξω με ελεγχόμενο τρόπο. Με αυτόν τον τρόπο, όταν το φράγμα είναι πραγματικά decissete, δεν υπάρχει πολύ νερό που μπορεί να προκαλέσει πλημμύρες. Αυτή είναι η ιδέα του διαχωριστή μας, ο οποίος μειώνει σημαντικά την ταχύτητα εκφόρτισης φόρτισης, αποτρέποντας την ηλεκτρονική «πλημμύρα» στην κάθοδο.

Όταν το δενδρικό αναχαιτίζεται από το αγώγιμο στρώμα του διαχωριστή, η μπαταρία θα αρχίσει να αποφορτίζεται, επομένως όταν η μπαταρία είναι μικρή, δεν υπάρχει αρκετή ενέργεια για να είναι επικίνδυνη. «Άλλες ερευνητικές εργασίες για τις μπαταρίες επικεντρώνονται στην παρεμπόδιση της διείσδυσης των δενδριτών με ένα αρκετά ισχυρό υλικό. Αλλά ο Gonzalez είπε ότι ένα πρόβλημα με αυτή την προσέγγιση είναι ότι επεκτείνεται μόνο αναπόφευκτα αποτελέσματα.

Αυτοί οι διαχωριστές χρειάζονται ακόμα καλά, επιτρέποντας στα ιόντα να περάσουν έτσι ώστε η μπαταρία να λειτουργεί. Επομένως, όταν τελικά περάσει το δέντρο, το βραχυκύκλωμα θα γίνει χειρότερο. Στη δοκιμή, η μπαταρία λιθίου που είναι εγκατεστημένη στον νέο διαχωριστή παρουσιάζει σημάδια σταδιακής βλάβης σε 20 έως 30 κύκλους.

Ταυτόχρονα, η μπαταρία και ένας κανονικός (και ελαφρώς παχύς) διαχωριστής παρουσιάζουν ξαφνικά σφάλματα σε έναν κύκλο. «Σε μια πραγματική σκηνή, δεν θα έχετε καμία προειδοποίηση ότι η μπαταρία πρόκειται να αποτύχει. Το προηγούμενο δευτερόλεπτο μπορεί να είναι εντάξει, θα πάρει φωτιά ή θα βραχυκυκλώσει εντελώς το επόμενο δευτερόλεπτο.

Αυτό είναι απρόβλεπτο», είπε ο Γκονζάλες. «Αλλά με τον διαχωριστή μας, θα ειδοποιηθείτε εκ των προτέρων, θα χειροτερέψετε, θα χειροτερέψετε, θα χειροτερέψετε, θα γίνεστε όλο και περισσότεροι. «Αν και το επίκεντρο αυτής της μελέτης είναι οι μπαταρίες μετάλλου λιθίου, οι ερευνητές λένε ότι αυτός ο διαχωριστής μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε ιόντα λιθίου και άλλες χημικές αντιδράσεις μπαταρίας.

Η ερευνητική ομάδα θα δεσμευτεί να βελτιστοποιήσει την εμπορική χρήση του διαχωριστή. Το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια του Σαν Ντιέγκο υπέβαλε αίτηση για προσωρινό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη μελέτη.