Tepelná brzda pro lithium-iontové baterie
Lithium-iontové (Li-ion) baterie se používají k napájení všeho od chytrých hodinek po elektrická vozidla, a to díky velkému množství energie, které dokážou uchovat v malých prostorách. Při přehřátí jsou však náchylné k vznícení nebo dokonce k výbuchu. Nedávný výzkum publikovaný v Nano Letters však nabízí možné řešení s novou technologií, která dokáže Li-ion baterii rychle zabrzdit a vypnout ji, když se příliš zahřeje.
Princip Li-ion baterie je jednoduchý: Elektrony jsou přenášeny elektronickým zařízením v obvodu z jedné elektrody v baterii do druhé. Ale v Li-ion článku se může kapalina elektrolytu, která odděluje tyto elektrody, při přehřátí odpařit a způsobit zkrat. V určitých případech může zkrat vést k tepelnému úniku, což je proces, při kterém se článek nekontrolovatelně zahřívá.
Když je několik Li-ion článků spojeno dohromady – jako například v elektrických vozidlech – tepelný únik se může rozšířit z jedné jednotky na druhou, což má za následek velmi rozsáhlý, těžko uhasitelný požár. Aby k tomu nedocházelo, některé baterie mají nyní bezpečnostní funkce, jako jsou externí větrací otvory, teplotní senzory nebo elektrolyty zpomalující hoření. Tato opatření se však často buď spustí příliš pozdě, nebo zhorší výkon. Yapei Wang, Kai Liu a kolegové tedy chtěli vytvořit Li-ion baterii, která by se dokázala rychle vypnout, ale zároveň fungovala stejně dobře jako stávající technologie.
Výzkumníci použili tepelně citlivý polymer s tvarovou pamětí
pokrytý vodivým měděným sprejem, aby vytvořili materiál, který by většinu času
propouštěl elektrony, ale při nadměrném zahřívání by se změnil na izolátor. Při
teplotě kolem 197 °F (91,6 °C) se objevil mikroskopický 3D vzor naprogramovaný
do polymeru, který rozbil měděnou vrstvu a zastavil tok elektronů. To trvale
odstavilo buňku, ale zabránilo potenciálnímu požáru.
Při běžných provozních teplotách si baterie s novým polymerem udržela vysokou
vodivost, nízký odpor a podobnou životnost jako tradiční baterie. Vědci tvrdí,
že tato technologie by mohla učinit Li-ion baterie bezpečnějšími, aniž by
museli obětovat jejich výkon.
Přiložené soubory:
- Řezy polymerem s postupným vznikem 3D struktury.
