دانشگاه کالیفرنیا با استفاده از شبکه های نانولوله کربنی دیافراگم باتری جدیدی را برای جلوگیری از انفجار بیش از حد باتری می سازد.

著者：Iflowpower – Lieferant von tragbaren Kraftwerken

مهندس نانو دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو یک ویژگی ایمن ایجاد کرده است که از گرم شدن سریع باتری‌های فلزی لیتیوم و روشن شدن آنها در هنگام اتصال کوتاه جلوگیری می‌کند. لیو پینگ، پروفسور مهندسی نانو از کالیفرنیا، سن دیگو، مقاله ای را در مجله "Advanced Materials" منتشر کرد که در مجله "Advanced Materials" منتشر شده بود و به طور مفصل به معرفی کار آنها پرداخت. باتری‌های لیتیوم فلزی پتانسیل بالایی در عملکرد دارند، اما به راحتی در شکل فعلی خراب می‌شوند.

این به دلیل رشد ساختار سوزنی به نام کریستال دندریتیک است، دندریماتور پس از شارژ شدن باتری روی آند تشکیل می شود و جداکننده را می توان سوراخ کرد و جداکننده بین آند و کاتد تشکیل می شود. مانع، کاهش جریان انرژی و گرما. وقتی این مانع از بین می‌رود و الکترون‌ها می‌توانند آزادانه‌تر جریان داشته باشند، کالری بیشتری تولید می‌کنند و همه چیز از کنترل خارج می‌شود و باعث گرم شدن بیش از حد باتری، از کار افتادن، آتش‌سوزی و حتی انفجار می‌شود.

دانشمندان به دنبال حل این مشکلات در باتری‌های فلزی لیتیومی به روش‌های مختلف هستند، جایی که لایه‌های محافظ اولتراسونیک یا ویژه از امواج فراصوت یا لایه‌های محافظ ویژه استفاده می‌کنند. تیم بخشی از باتری به نام دیافراگم را پاکسازی کرده است. دیافراگم یک مانع بین الکترود مثبت و الکترود منفی است، به طوری که وقتی باتری کوتاه است، انرژی انباشته شده در باتری (یعنی گرما) کند می شود.

نویسنده اول این پایان نامه حیرت زده می شود: «ما سعی نمی کنیم از خرابی باتری جلوگیری کنیم. ما فقط باتری را ایمن تر می کنیم، بنابراین وقتی از کار می افتد، باتری آتش نمی گیرد یا منفجر نمی شود. باتری های لیتیوم فلزی پس از شارژ مکرر، آند در آند ظاهر می شود.

با گذشت زمان، رشد دندریتی به اندازه کافی طولانی است، به دیافراگم نفوذ می کند، پلی بین آند و کاتد ایجاد می کند و باعث اتصال کوتاه داخلی می شود. هنگامی که این اتفاق می افتد، جریان الکترون بین دو الکترود کنترل خود را از دست می دهد و باعث می شود باتری بیش از حد گرم شود و از کار بیفتد. تیم تحقیقاتی در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو اساساً کاهش یافته است.

یک طرف یک لایه نازک، شبکه نانولوله کربنی نیمه رسانای الکتریکی را می پوشاند که می تواند هر گونه تشکیل دندریت را رهگیری کند. هنگامی که یک خمیر دندریتیک به دیافراگم می چسبد و به شبکه نانولوله کربنی برخورد می کند، دستگاه الکترونیکی کانالی دارد که می تواند به آرامی تخلیه شود، نه مستقیماً به کاتد. گونزالس جداکننده باتری جدید را با مسیر زهکشی سد مقایسه خواهد کرد.

وی گفت: وقتی سد شروع به بافر شدن کرد، نشت را باز می‌کنید، اجازه می‌دهید مقداری آب به‌صورت کنترل‌شده به بیرون برود. به این ترتیب، زمانی که سد واقعاً دسیسه است، آب زیادی وجود ندارد که بتواند باعث سیل شود. این ایده جداکننده ما است که سرعت تخلیه شارژ را تا حد زیادی کاهش می دهد و از "سیل" الکترونیکی به کاتد جلوگیری می کند.

هنگامی که دندریتیک توسط لایه رسانای جداکننده قطع می شود، باتری شروع به تخلیه می کند، بنابراین وقتی باتری کوتاه است، انرژی کافی برای خطرناک بودن وجود ندارد. "سایر کارهای تحقیقاتی باتری در جلوگیری از نفوذ دندریت ها با مواد به اندازه کافی قوی متمرکز شده است. اما گونزالس گفت که یک مشکل با این رویکرد این است که تنها نتایج اجتناب ناپذیر آن تمدید می شود.

این جداکننده ها هنوز به خوبی نیاز دارند و به یون ها اجازه عبور می دهند تا باتری کار کند. بنابراین، هنگامی که درخت در نهایت عبور کرد، اتصال کوتاه بدتر می شود. در آزمایش، باتری لیتیوم فلزی نصب شده در جداکننده جدید نشانه هایی از خرابی تدریجی در 20 تا 30 چرخه را نشان می دهد.

در همان زمان، باتری و یک جداکننده معمولی (و کمی ضخیم) به طور ناگهانی در یک چرخه دچار خطا می شوند. "در یک صحنه واقعی، هیچ هشدار قبلی در مورد از کار افتادن باتری نخواهید داشت. ثانیه قبل ممکن است خوب باشد، ثانیه بعد آتش بگیرد یا اتصال کوتاه شود.

گونزالس گفت این غیرقابل پیش بینی است. "اما با جداکننده ما، از قبل به شما هشدار داده می شود، بدتر شدن، بدتر شدن، بدتر شدن، بیشتر و بیشتر شدن،. اگرچه تمرکز این مطالعه باتری های فلزی لیتیومی است، اما محققان می گویند که این جداکننده می تواند در یون های لیتیوم و سایر واکنش های شیمیایی باتری نیز استفاده شود.

تیم تحقیقاتی متعهد به بهینه سازی استفاده تجاری از جداکننده خواهد بود. دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو درخواست ثبت اختراع موقت برای این مطالعه کرده است.