Innlemme en polymer bytte materiale i litium-ion-batterier kan hindre overoppheting på grunn av en prosess som er kjent som “termisk runaway,” i henhold til Stanford forskere, der funnene ble publisert denne uken i Nature.
Litium-ion-batterier består av en anode, en katode, en separator og en brannfarlig elektrolytt. Separatoren smelter når en stor del av varmen som genereres av overlading eller kortslutning, som til slutt resulterer i et termisk runaway.
Den hoverboards som nylig skapte overskrifter for eksploderende eller sprengning i flammer
muligens var plaget av lav kvalitet litium-ion-batterier.
Overoppheting av batterier til 150 grader Celsius eller høyere-enten ved shorting, overlading, eller utsette dem til en rekke andre overgrep — utløser eksoterme reaksjoner som kan resultere i en katastrofal eksplosjon og brann, Stanford forskere sa.
Varmt og Plaget
Trykk og temperaturer som kan stige inne i cellene for raskt å styre ved hjelp av sikkerhetsmekanismer som ytre press release ventiler og positive temperatur koeffisient motstander på tilfeller av kommersielle litium-ion-batterier. Derfor, interne sikkerhet strategier er å foretrekke for å unngå termisk runaway, ifølge forskerteamet.
Noen interne løsninger er irreversible — de stenge ned et batteri, men gjøre den ubrukelig. Andre, slik som electroactive polymer separator belegg, har begrenset drifts spenning. Solid state-elektrolytter redusere batteriets ytelse. PTC-modifisert dagens samlere er enkel og reversible, men de er begrenset av lave rom-temperatur, ledningsevne og betydelig gjeldende lekkasje.
“Overoppheting er et av de største problemene Li-ion-batterier har” observert Rob Enderle, rektor analytiker på Enderle Group. “De blir utrolig varme når de treffer brann — nok til å smelte aluminium — og som gjør temperatur avbøtende ekstremt viktig.”
En av litium-ion-batterier strøm Enderle er elektrisk sykkel brent, smelter inn skruene som holdt den til sykkelen og sette fyr på dekk, fortalte han.
“Det tok tre år av mitt liv,” Enderle fortalte TechNewsWorld.
Ta Varmen
Stanford forskere har innarbeidet thermoresponsive polymer bytte, eller TRPS — bestående av grafén-belagt nanostrukturerte spiky nikkel partikler på en polymermatrisen — internt i elektrodene.
TRPS 103 til 104 ganger mer følsom for temperatur endring enn tidligere å bytte enheter, forskere påpekt.
Batterier med internt innlemmet TRPS viser utmerket celle funksjon i et bredt spenning vinduet ved normal temperatur, og de stenge ned raskt under unormale forhold, for eksempel overoppheting eller kortslutning.
De kan gjenoppta normal funksjon gjentatte ganger uten ytelsen til et kompromiss, selv etter å ha blitt overopphetet flere ganger.
“Forbedret termisk kontroll skal øke levetiden på batteriet, men jeg har ingen anelse om den ekstra kjemikalier vil ha en ugunstig innvirkning,” sa Jim McGregor, rektor analytiker ved Tirias Forskning.
Snublesteinene
Stanford lagets prestasjon “ser bra ut på papiret,” sa Enderle, “men før tilkoblingen er satt opp og fungerer, bør du ikke ta det med i betraktning når du kjøper et batteri dette året. Det er minst fem år ute fra å gå til markedet.”
Forskerne har ikke vært i stand til å gjennomføre en eksperimentelle demonstrasjon av teknologien sin fordi de ikke kan bygge store batterier, men de vil ikke oppgi om det er på grunn av mangel på penger eller på grunn av teknologiske utfordringer.
Kostnad og levetid kan være problemer, Halvmaraton fortalte TechNewsWorld. “Teoretisk sett, koster ikke bør være så viktig fordi du kan oppveie for andre løsninger …, men det betyr ikke at de ikke prøver å gjøre en formue på teknologi.”
Hvis vedtatt, teknologien vil forbedre sikkerheten for litium-ion-batterier “og sannsynligvis forlenge potensial for bruk på andre områder, slik som fly,” McGregor sa. Det “er mest fornuftig for større batteri programmer, for eksempel bruk i biler, men det ville trolig bli vedtatt i alle størrelser av litium batterier så lenge kostnaden er ikke uoverkommelige.”
Richard Adhikari har skrevet om high-tech for ledende publikasjoner siden 1990-tallet og under der det er alle fører til. Vil det RFID-chips i mennesker være Dyrets Merke? Vil nanotech løse våre kommende mat krise? Gjør Stør ‘ s Lov fortsatt holder sant? Du kan koble til med Richard på
Google+.