Plastová batéria, ktorá nevybuchne

Plastová batéria, ktorá nevybuchne

Nehorľavá lítium-kovová batéria Ionic Materials, ako sa uvádza v knihe NOVA „Search for the Super Battery“. Kredit: NOVA

Lítium-iónové batérie boli vinníkmi za radom spaľovacích zariadení. Spôsobili požiare hoverboardu , Výbuchy smartfónov Samsung Galaxy Note 7 , a najnovšie aj a veľké stiahnutie notebookov HP . Čo robí tieto batérie tak prchavými, je vysoko horľavá kvapalina nazývaná tekutý elektrolyt.

„Môžete si to predstaviť ako petrolej – ako keby ste chodili s petrolejom v smartfóne, v kabelke a vo vrecku,“ hovorí Mike Zimmerman, profesor materiálovej vedy na Tufts University a zakladateľ a generálny riaditeľ batérie. spoločnosť, Iónové materiály .



Zimmerman vyvinul bezpečnejší elektrolyt – konkrétne plastový elektrolyt v tuhom skupenstve – ktorý nebude predstavovať ohnivé riziko. On a tím inžinierov a vedcov zo spoločnosti Ionic Materials so sídlom vo Woburne v štáte Massachusetts otestovali tento koncept vytvorením prvej úspešnej plastovej elektrolytickej batérie, ktorá môže pracovať pri izbovej teplote.

Všadeprítomná lítium-iónová batéria existuje od roku 1991. V priebehu desaťročí vedci zápasili s tromi nepríjemnými problémami: Tieto batérie sú výbušné, drahé a majú obmedzenú energetickú kapacitu. V nedávny segment zapnutý Vedecký piatok , David Pogue, technologický novinár a hostiteľ dokumentu NOVA „ Vyhľadajte Super batériu “, diskutovali o rôznych možnostiach, ktoré by mohli nahradiť lítium-iónovú batériu, od batérií so slanou vodou až po batérie s ľadom. Dospel k záveru, že plastová batéria Ionic Materials bola jednou z najsľubnejších.



Batéria sa skladá z troch základných komponentov: kladnej a zápornej elektródy, známej ako katóda a anóda, ktoré sú oddelené chemickou bariérou nazývanou elektrolyt. Elektrolyt je ako diaľnica pre ióny, vysvetľuje Zimmerman – umožňuje im prúdiť medzi anódou a katódou.

Existujú rôznymi spôsobmi horenia lítium-iónových batérií . Napríklad prebíjanie, ako aj kontakt medzi anódou a katódou – možno v dôsledku výrobnej chyby – môžu spôsobiť elektrický skrat.

'Keď dostanete skrat, veci sa zahrejú,' hovorí Zimmerman. 'Keď [tekutý elektrolyt] dosiahne určitú teplotu, začne horieť.'

Podľa Zimmermana výskumníci experimentovali s dvoma typmi pevných látok, ktoré nahradili tekutý elektrolyt: keramikou a plastmi. Zistil, že keramika je krehká a ťažko sa vyrába vo veľkom meradle, zatiaľ čo predchádzajúce plastové prototypy mohli viesť ióny, ale len pri veľmi vysokých teplotách.

Zimmermanov tím v Ionic Materials vyvinul plastový polymérny elektrolyt, ktorý by mohol umožniť tok iónov pri izbovej teplote. Funguje rovnako ako tekutý elektrolyt, vysvetľuje Zimmerman, ale plast spomaľuje horenie, takže nie je možné, že batéria exploduje.

Pogue demonštroval svoju bezpečnosť rozsekaním jednej z plastových batérií – ktorá bola v tomto prípade veľmi tenká – pomocou nožníc, keď napájala panel LED svetiel. Na Pogueovu úľavu nedošlo k žiadnemu výbuchu plameňov. Keď pokračoval v ukrajovaní, LED svetlá prekvapivo zostali rozsvietené.

„Bol to neúmyselný dôsledok,“ hovorí Zimmerman. 'Snažili sme sa, aby to bolo bezpečné. V skutočnosti sme sa nezameriavali na to, aby to fungovalo po tom, čo bolo poškodené.'

Batéria, ktorú Pogue zredukoval, stále fungovala, pretože má vysokú hustotu energie vďaka zabudovaniu lítiovej kovovej anódy. Batérie vyrobené z lítiového kovu môžu podľa Zimmermana uložiť dvakrát toľko energie na objem ako lítium-iónové batérie, ale boli by oveľa nebezpečnejšie, ak by sa používali s tekutým elektrolytom. Plast odstraňuje problém.

„Veľa používam svoj smartfón a o štvrtej popoludní potrebujem dobiť batériu,“ hovorí Zimmerman. 'Ak dokážeme použiť náš plast a vložiť anódy s vyššou energiou, telefón by mohol vydržať dvakrát alebo trikrát dlhšie, kým ho budete musieť znova nabiť.'

Zimmerman dúfa, že o dva alebo tri roky uvidíme zariadenia podporované plastovou batériou Ionic Materials. V súčasnosti spoločnosť pracuje na upevňovaní obchodných partnerov a zvládanie výziev veľkoobjemovej výroby v odvetví, ktoré si vo veľkej miere zvyklo na výrobu lítium-iónových batérií. Jeho plánom je najskôr zaviesť batériu do smartfónov a spotrebnej elektroniky a nakoniec sa rozšíriť aj na elektrické vozidlá.

„Chceme mať bezpečnú batériu, ktorá dokáže poskytnúť väčšiu kapacitu – viac energie – takže ľudia môžu získať oveľa väčší dojazd na jedno nabitie“ vo svojich elektrických vozidlách, hovorí.