02 декември 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Евтин пластмасов слой предотвратява избухването на батериите

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 14 януари 2016 в 09:30 48774
Прегряването на литиево-йонните батерии може да причини неприятни инциденти и дори опасни пожари

Лаптопи, самолети, електрически автомобили и дори новите ховърборди са се сблъсквали с неприятности, когато литиево-йонните им батерии избухнат в пламъци.

Сега изследователи са докладвали, че са разработили потенциален евтин и ефективен начин да се предотврати прегряването при батериите. Те са добавили топлинно чувствителен полимерен слой към конвенционалните литиево-йонни батерии, който блокира работата им, когато температурата се покачи прекалено.

След спадането на температурата, полимерният слой възтановява нормалната си форма, позволявайки на батерията да възстанови своите функции.

Множество различни проблеми могат да доведат до подпалване на батерия. Например, ако се осъществи късо съединение вътре в батерията, напрежението преминава между двата електрода на батерията, създавайки гореща зона, която може да предизвика подпалване. Учените са измислили множество начини да възпрепятстват прегряването, преди то да доведе до неприятности. Например, екип от учени наскоро са инкорпорирани капсули с течни пластмасови прекурсори в литиево-йонни батерии. Когато батериите започнат да прегряват, капсулите се стопяват отделяйки течността, която образува изолиращ пластмасов слой в средата на батерията, който прекъсва електроческото напрежение.

"За съжаление, тези технологии са необратими, при което след прегряване батерията става нефункционална," коментира Йи Куй (Yi Cui), експерт по батерии към Станфордския университет в Пало Алто, Калифорния.

С надеждата да се справят с този проблем, Куй се обърнал към един от дългогодишните си колаборатори от Станфорд, инжинерът-химик Женан Бао (Zhenan Bao). Бао и нейните колеги проектират различни видове пластмаси с вградени никелови наночастици, което понижава електрическата им проводимост, когато температурата се повиши над определена критична стойност. Бао и Куй се запитали дали сходен подход не би могъл да подобри безопасността на литиево-йонните батерии. В крайна сметка, те решили да създадат полимерен слой, който прекъсва проводимостта при температури над нормалните работни температури на литиево-йонните батерии, така че те да не могат да се подпалват.

Мрежа от ръбати никелови наночастици позволява на електрическото напрежение да преминава през батерията, но може да прекъсне електрическия поток в случай на прегряване на батерията. Снимка: Zheng Chen

За да създадат този слой, учените започнали с никелови наночастици, които лесно провеждат напрежение, когато са разположени достатъчно близко, за да се докосват една друга. Изложени на химикалите вътре в батериите, такива частици могат бързо да се разградят. Затова учените покрили никеловите частици с графен (въглероден слой с дебелина около 1 атом), който също е проводим, но предотвратява разграждането на никела. След това, те включили своите покрити с графен никелови частици в полиетилен, създавайки тънък, гъвкав, проводим пластмасов слой.

След това, учените ги инкорпорирали в конвенционална литиево-йонна батерия. Тези батерии се състоят от два електрода, разделени от електролит и мембрана, които позволяват на литиевите йони да преминават само в едната посока, в зависимост от това дали батерията се зарежда или разрежда. От външната част на двата електрода има метални уловители на напрежение (токоприемници), които транспортират електроните генерирани от електрохимичната реакция в батерията във външно напрежение.

Бау, Куй и техните колеги разположили своя тънък слой между един от електродите и токоприемника. При нормални работни температури, електричеството свободно преминава през слоя, позволявайки на батерията да се зарежда и разрежда. Но когато тмпературата на батерията се повиши над 70°C, полиетилена в слоя се раздува, избутвайки никеловите частици далеч едни от други. Това понижило проводимостта на техния слой до 100 млн. пъти в рамките на една секунда, преустановявайки придвижването на зарядите в батерията, което пък води до понижаване на температурата. Освен това, както докладват учените в списанието Nature Energy (DOI: 10.1126/science.aae0207), когато температурата на батерията спадне под 70°C, полимерът се връща в оригиналната си конфигурация, възвръщайки проводимостта си, като по този начин се възстановява функцията на батерията.

"Това изглежда като нещо, което наистина може да проработи," предотвратявайки прегряването, коментира Винсент Батаглиа (Vincent Battaglia), инженер-химик и експерт по батерии към Lawrence Berkeley National Laboratory в Калифорния. Все пак, той отбелязва, че подходът засега е бил демонстриран само, когато волтажа на батерията е в нормални граници. Ако инцидент причини повишаване на напрежението, добавения пластмасови изолиращ слой ще действа като резистор, което може да повиши допълнително температурата в батерията до ниво, в което тя все пак може да се подпали. Въпреки това, Батаглиа твърди, че "ако методът работи, той би бил чудесна идея." Идея, която освен това може да спасява животи.

Източник: Science Magazine


Човек от бъдещето 15.01 2016 в 22:42 4
+ 0
- 0
Наука, разкажете за бъдещето, няма нужда да слушаме, за открития от преди 10 години. Има вече въздушно базирани акумулатори. Не че имам против историческите новини, ама недейте да казвате че е ново.
fantom 14.01 2016 в 19:12 3
+ 0
- 0
Eнергийната плътност е около 3-4 пъти по-малка от тази на бензина за единица маса, така че чак бомба не е, поне при мобилните.
А и има други разработени и внедрени варианти при които го няма проблема с апротонните органични разтворители :) т.е. това което кара да се запали батерията.
Големите MWh са друга бира
Tisho 14.01 2016 в 11:50 2
+ 2
- 0
Дядо попе, проблема е в подпалването. Не в прегряването.
Като гледам какво има в една литиева батерия, това си е бомба, но с малка скорост на горене на заряда.
поп Дръвчо 14.01 2016 в 11:14 1
+ 2
- 1
Колкото и идиотоустойчива система да се измисли, винаги ще се намери по-голям идиот който да я преодолее и да направи беля. Сегашните батерийки са добре - прегрееш я и минус батерия, другият път знаеш да не завиваш лаптопа с юргана.

Ако батерията не умира при прегряване, някои отделни екземпляри ще бъдат прегрявани непрекъснато. Докато стане беля.
 
Още от : Технологии
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.