カリフォルニア大学、カーボンナノチューブネットを使用してバッテリーの過熱爆発を防ぐ新しいバッテリーダイヤフラムを開発

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Onye na-ebubata ọdụ ọkụ nwere ike ibugharị

カリフォルニア大学サンディエゴ校のナノエンジニアは、リチウム金属電池がショートした際に急激に加熱されて発火するのを防ぐ安全機能を開発した。 カリフォルニア州サンディエゴのナノ工学教授、Liu Ping氏は、「Advanced Materials」誌に論文を発表し、その研究を詳しく紹介した。 リチウム金属電池は性能面で大きな可能性を秘めていますが、現状では故障しやすいです。

これは、樹枝状結晶と呼ばれる針状構造の成長によるもので、電池の充電後に負極に樹枝状結晶が形成され、セパレータを突き破って負極と正極の間にセパレータが形成される。 バリア、エネルギーと熱の流れを遅くします。 この障害が破壊され、電子がより自由に流れるようになると、より多くのカロリーが生成され、制御不能となり、バッテリーの過熱、故障、発火、さらには爆発を引き起こします。

科学者たちは、リチウム金属電池におけるこれらの問題をさまざまな方法で解決しようとしていますが、超音波や特殊な保護層を使用する方法がほんの一例です。 チームは、バッテリーのダイヤフラムと呼ばれる部分をクリアしました。 隔膜は正極と負極の間にある障壁なので、電池がショートすると電池内に蓄えられたエネルギー（つまり熱）の流れが遅くなります。

論文の筆頭著者は驚愕した。「我々はバッテリーの故障を防ごうとはしていない。 バッテリーの安全性を高めて、故障してもバッテリーが発火したり爆発したりしないようにします。 リチウム金属電池は繰り返し充電すると、陽極が陽極に現れます。

時間が経つにつれて、樹枝状結晶の成長が十分に長くなり、隔膜を貫通して陽極と陰極の間に橋がか​​かり、内部短絡を引き起こします。 これが起こると、2 つの電極間の電子の流れが制御できなくなり、バッテリーが過熱して動作しなくなります。 カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究チームは基本的に緩和されています。

片面は薄い層で覆われており、部分的に導電性のあるカーボンナノチューブ ネットワークで、樹状突起の形成を阻止できます。 デンドライトがダイヤフラムに貼り付けられ、カーボンナノチューブのネットに当たると、電子回路にチャネルが形成され、直接カソードに放電されるのではなく、ゆっくりと放電されます。 ゴンザレス氏は、新しいバッテリーセパレーターをダムの排水経路と比較します。

同氏は「ダムの緩衝が始まったら、放水口を開き、制御可能な方法で水を流すことになるだろう」と語った。 このように、ダムが本当に決壊した場合、洪水を引き起こす可能性のある水はそれほど多くありません。 これが当社のセパレーターのアイディアであり、電荷の放電速度を大幅に低減し、カソードへの電子の「氾濫」を防ぎます。

デンドライトがセパレーターの導電層に遮断されると、バッテリーは放電を開始するため、バッテリーが不足するとエネルギーが不足して危険になります。 「他のバッテリー研究は、十分に強度のある材料でデンドライトの浸透を阻止することに集中しています。 しかしゴンザレス氏は、このアプローチの問題点は、必然的な結果が長引くだけだということだと述べた。

これらのセパレーターは、バッテリーが機能するためにイオンが通過できるようにする必要があります。 そのため、最終的に木が通過すると、ショートがさらに悪化します。 テストでは、新しいセパレーターに搭載されたリチウム金属電池は、20～30サイクルで徐々に故障する兆候を示しました。

同時に、バッテリーと通常の（やや厚い）セパレーターは、1 サイクルで突然障害が発生します。 「実際の場面では、バッテリーが故障する直前の警告は一切ありません。 前の秒は大丈夫かもしれませんが、次の秒には発火したり、完全にショートしたりします。

「これは予測不可能だ」とゴンザレス氏は語った。 「しかし、当社のセパレーターがあれば、状況が悪化し、悪化し、悪化し、さらに悪化するという前もっての警告が得られます。 「この研究の焦点はリチウム金属電池ですが、研究者らはこのセパレーターはリチウムイオンや他の電池の化学反応にも使用できると語っています。

研究チームは、セパレーターの商業利用を最適化することに尽力します。 カリフォルニア大学サンディエゴ校は、この研究の暫定特許を申請した。