Една малка промяна в дизайна на батерията може да намали пожарите, казват изследователите

Връзката е копирана!

Литиево-йонните акумулатори се намират във всичко - от смарт телефони до коли, и макар че като цяло са доста безвредни, в случай че се съхраняват и зареждат вярно, има хиляди документирани случаи на запалване - от време на време със смъртоносни последствия.

Литиево-йонните акумулатори съдържат запалими електролити - течни разтвори на литиеви соли, разтворени в органични разтворители, които разрешават на електрическия заряд да тече. Батериите могат да станат нестабилни при избрани условия, като физическа щета като продупчване, презареждане, рискови температури или индустриални недостатъци. Когато нещата се объркат, батерията може да се нагрее и да се възпламени доста бързо, подлагайки се на рискова верижна реакция, наречена „ топлинно тичане “.

Търговската авиация е изключително изложена на казуса, заради това какъв брой вездесъщи са джаджите, захранвани от акумулатори, в самолетите и какъв брой рисков може да бъде пожарът в кабината или товарното поделение. В Съединени американски щати Федералната авиационна администрация (FAA) от дълго време не разрешава носенето на аварийни литиево-йонни акумулатори в записания багаж и изисква всички акумулатори, импортирани в кабината, да останат налични. Агенцията записва 89 случая с акумулатори, включващи пушек, огън или рискова топлота на пътнически и товарни самолети през 2024 година и 38 през първата половина на 2025 година

Тези произшествия могат да доведат до цялостна загуба на аероплан, като Airbus A321, който беше изгорял от пламъци през януари в Пусан, Южна Корея. Пожарът евентуално е почнал от захранваща банка, съхранявана в поделение над главата, съгласно проверяващите, което е предиздвикало някои самолетни компании да забранят устройствата.

Но рисковете от топлинни бягства обгръщат домовете, изключително уязвими към пожари на батериите на електронни колела или електрически скутери, и бизнеси от всевъзможен тип: изследване, извършено от доставчика на застраховки Aviva през 2024 година, измежду над 500 компании в Обединеното кралство откри, че малко повече от половината са претърпели случай, обвързван с литиево-йонни акумулатори, като искри, пожари и детонации.

Изследователи по целия свят работят за разрешаване на казуса посредством създаване на по-безопасни акумулатори, да вземем за пример посредством подмяна на течния електролит с по-устойчив на огън корав или гел. Подобни решения обаче изискват обилни промени в актуалните индустриални линии, което е спънка за необятното приемане.

Сега екип от откриватели от Китайския университет в Хонг Конг предложи смяна в дизайна на литиево-йонната батерия, която може бързо да се интегрира в актуалните индустриални способи, защото просто включва промяна на химикали в съществуващия електролитен разтвор.

Методът беше разказан по-рано тази година в изследване, ръководено от Юе Сун, в този момент постдокторант във Virginia Tech: „ Мисля, че най-трудното нещо за хората да осъзнаят за батериите е, че когато се пробвате да оптимизирате продуктивността, от време на време вършиме компромис с сигурността “, сподели тя, обяснявайки, че увеличението на продуктивността изисква фокус върху химичните реакции, които се случват при стайна температура, до момента в който повишението на сигурността се концентрира върху реакциите, които се случват при високи температури.

„ Така че ние измислихме концепция да прекъснем този компромис, като проектираме сензитивен към температура материал, който може да обезпечи добра продуктивност при стайна температура, само че също по този начин може да предложи добра непоклатимост при високи температури. “

Да останеш хладен

Пожарите на батерията нормално стартират, когато част от електролита се разпадне напрегнат и отделя топлота при верижна реакция. Дизайнът на Сун и нейните сътрудници употребява нов електролит, който включва два разтворителя, с цел да спре тази верижна реакция.

При стайна температура първият разтворител поддържа химическата конструкция на батерията стегната, оптимизирайки продуктивността, само че в случай че батерията стартира да се нагрява, вторият разтворител поема и предотвратява пожар, като разхлабва тази конструкция и забавя реакциите, които могат да доведат до термично бягство.

При лабораторни проби батерия с този нов дизайн, която беше пробита с гвоздей, означи повишение на температурата единствено с 3,5°C (38,3° по Фаренхайт), вместо пика от 555°C (1031° по Фаренхайт), който се следи при обичайната батерия. Изследователите споделят, че няма негативно влияние върху продуктивността или издръжливостта на батерията и тя е запазила над 80% от потенциала си след 1000 цикъла на зареждане.

„ Тъй като нашето откритие е електролитът, то може елементарно да бъде внедрено в налични в комерсиалната мрежа системи – просто сменяте новия електролит “, сподели Yi-Chun Lu, професор по механично и автоматизирано инженерство в Китайския университет в Хонконг и един от създателите на проучването.

" В индустриалния развой най-трудният аспект са електродите или твърдата част. Но електролитът, който сменяме, е течност, тъй че можете непосредствено да го инжектирате в клетката без ново съоръжение или нов развой ", добави Лу.

Новата химическа рецепта ще усили леко индустриалните разноски, само че Лу сподели, че в мащаб цената ще бъде „ на доста сходно равнище “ на сегашните акумулатори. Изследователите са заинтригувани да продължат концепцията с комерсиална цел и сега разискват с производителите на акумулатори, с цел да пуснат дизайна на пазара, което може да отнеме сред три до пет години, съгласно Лу.

При проби откривателите са създали батерия, задоволително огромна, с цел да зарежда таблет, само че Лу сподели, че има потребност от повече „ валидиране “, с цел да се мащабира дизайнът до размера, нужен за коли, да вземем за пример.

Изследователи в региона на сигурността на литиевите акумулатори, които не са взели участие в изследването, показаха позитивни възгледи за работата, когато се свързаха от CNN за коментар. Донал Финеган, старши академик в Националната лаборатория за възобновима сила на Съединени американски щати, сподели в имейл, че новият дизайн е вълнуващо развиване и се трансформира в безвредна батерия, която може да понася горещи условия и късо съединяване, без да предизвиква пожар: „ Стратегически определеното електролитно решение е мащабируемо и не попречва доста виталния цикъл на батерията, което оказва помощ да се отстранен доста бариери пред всеобщото приемане в търговски батерийни системи “, добави той.

Проучването изследва набор от електролитни сформира и открива разновидности, при които има баланс сред батерийните кафези, издържащи доста цикли, като в същото време поддържат непоклатимост при по-високи температури, съгласно Гари Кьониг, професор по химическо инженерство в Университета на Вирджиния. „ От позиция на производството внедряването на нов електролит може да бъде реализирано за релативно къс интервал от време, стига да няма неочакван проблем със съвместимостта на обработката “, сподели той в имейл.

Хорхе Семинарио, професор по химическо инженерство в Тексаския университет A&M, сподели в имейл, че новият дизайн е ориентиран към един от най-критичните