باتری‌های لیتیومی به آتش‌نشان داخلی مجهز شدند

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، به نقل از ایسنا دانشمندان موفق به تولید یک باتری لیتیومی با مهارکننده آتش داخلی شدند که می‌تواند در برابر آتش مقاومت کند و یکی از نگرانی‌های عمده ایمنی را برطرف کند و راه را برای استفاده از فلز لیتیوم در بخش‌های ضروری باز کند.

باتری‌های لیتیوم فلزی، نوید ذخیره انرژی بسیار بیشتری نسبت به سلول‌های لیتیوم-یون فعلی را می‌دهند. آنها می‌توانند تا ده برابر انرژی بیشتری را ذخیره کنند و این امر آنها را برای وسایل نقلیه الکتریکی، دستگاه‌های پزشکی و لوازم الکترونیکی قابل حمل ایده‌آل می‌سازد، اما این پتانسیل قدرتمند با خطری جدی همراه است. این باتری‌ها می‌توانند داغ و منفجر شوند.

این امر از ترکیب آنها ناشی می‌شود. آند‌های فلز لیتیوم و کاتد‌های اکسیدی غنی از نیکل با ولتاژ بالا می‌توانند گاز‌های قابل اشتعال تولید کنند. اگر این گاز‌ها تجمع یابند یا حتی به میزان جزئی گرم شوند، می‌توانند منجر به آتش‌سوزی یا انفجار شوند.

دانشمندان موسسه شیمی آکادمی علوم چین اکنون راه‌حلی یافته‌اند. آنها یک باتری لیتیوم فلزی با مهارکننده آتش داخلی را تولید کردند.

نمونه اولیه آنها شامل یک پلیمر است که هنگام افزایش دما، مواد شیمیایی بازدارنده آتش را آزاد می‌کند و مانند یک کپسول آتش‌نشانی کوچک عمل می‌کند.

ارتقاء ایمنی این فناوری

دانشمندان یک پلیمر بازدارنده شعله را مستقیماً در کاتد باتری تعبیه کردند. این ماده در دما‌های عملیاتی عادی پایدار باقی می‌ماند. اما هنگامی که دمای باتری از ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد فراتر رفت، پلیمر تجزیه شده و رادیکال‌هایی را آزاد می‌کند که واکنش‌های شیمیایی در آند را سرکوب می‌کنند. این واکنش‌ها معمولاً گاز‌های قابل اشتعال تولید می‌کنند. این تیم برای آزمایش این سامانه، نمونه اولیه را با یک باتری لیتیوم فلزی استاندارد در شرایط یکسان مقایسه کرد. آنها دما را به تدریج از ۵۰ درجه سانتی‌گراد افزایش دادند.

هر دو باتری در دمای ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد، شروع به گرم شدن بیش از حد کردند، اما تنها نمونه اولیه، سرکوب آتش داخلی خود را فعال کرد. هنگامی که دما از ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد گذشت، تفاوت کاملاً آشکار شد. باتری استاندارد به ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد رسید و ظرف ۱۳ دقیقه آتش گرفت. در مقابل، نمونه اولیه به حداکثر دمای ۲۲۰ درجه سانتی‌گراد رسید و آتش نگرفت یا منفجر نشد.

دانشمندان گفتند: این استراتژی مدیریت هوشمند گاز، هم ایمنی حرارتی و هم پایداری الکتروشیمیایی را بهبود می‌بخشد و مسیری متحول کننده برای باتری‌های فلز لیتیوم ایمن در برابر آتش برای کاربرد‌های پیشرفته ذخیره‌سازی انرژی ارائه می‌دهد.

کاربرد‌های گسترده این فناوری

افزودن این پلیمر بازدارنده شعله می‌تواند دیدگاه انسان را نسبت به باتری‌های لیتیوم فلزی به خصوص در مورد خودرو‌های الکتریکی تغییر دهد. ایمنی همچنان یکی از نگرانی‌های اصلی مصرف‌کنندگانی است که می‌خواهند به جای استفاده از ماشین بنزینی به خودرو‌های برقی روی بیاورند.

اگر این فناوری با موفقیت در مقیاس بزرگ پیاده‌سازی شود، می‌تواند این ترس‌ها را کاهش دهد. صنعت باتری نیز می‌تواند از نظر تولید سود ببرد.

پژوهشگران می‌گویند: ماده مهارکننده آتش را می‌توان با چند تغییر به روش‌های تولید اضافه کرد.

این بدان معناست که شرکت‌ها ممکن است برای پذیرش این ارتقاء نیازی به بازنگری در فرآیند‌های خود نداشته باشند. این سازگاری می‌تواند آزمایش‌های دنیای واقعی و عرضه تجاری را تسریع کند.

در حالی که باتری‌های لیتیوم فلزی امروزه هنوز به طور محدود مورد استفاده قرار می‌گیرند، پیشرفت‌هایی مانند این فناوری می‌تواند به ورود آنها به جریان اصلی کمک کند. خطرات ایمنی، برخلاف پتانسیل عملکردی، مدت‌هاست که کاربرد آنها را محدود کرده است.

این مطالعه یک مسیر احتمالی رو به جلو را نشان می‌دهد. یک باتری ایمن‌تر و بدون خطر آتش‌سوزی می‌تواند راه را برای ذخیره‌سازی انرژی قدرتمندتر در بخش‌های مختلف هموار کند. نمونه اولیه با ترکیب چگالی انرژی بالا و ایمنی داخلی، نگاه به آینده‌ای را ارائه می‌دهد که در آن عملکرد به قیمت آرامش خاطر به دست نمی‌آید.

این مطالعه در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.