Целью изобретения является предотвращение соприкосновения электродов после удара.
При ударе эта добавка мгновенно затвердевает, предотвращая соприкосновение электродов и короткое замыкание аккумулятора. (Изображение)
Bloomberg Creative/GettyImages
Забавный эксперимент, проведённый дома, привёл Габриэля Вейта, исследователя из Ок-Риджской национальной лаборатории Министерства энергетики США (ORNL), к прорыву в области безопасности аккумуляторов. Учёные ORNL давно изучают сложную химию и материалы, используемые в литий-ионных аккумуляторах.
Внутри этих аккумуляторов электроды – точки, по которым течёт электричество – разделяет тонкий пластиковый слой. Если этот слой повреждён, электроды могут соприкоснуться, что приведёт к воспламенению жидкого электролита и возгоранию аккумулятора.
Вдохновение пришло к Вейту, когда он играл с детьми и использовал смесь кукурузного крахмала и воды под названием «ублек». Эта смесь ведёт себя как жидкость до приложения давления, затем затвердевает и возвращается в жидкое состояние. Вейт понял, что это обратимое свойство, известное как загустение при сдвиге, можно использовать для создания защитной добавки, которая мгновенно затвердевает при ударе, значительно снижая риск возгорания литий-ионных аккумуляторов.
Ученые используют сверхтонкий диоксид кремния для защиты от опасностей, связанных с батареями
Вдохновлённые поведением ублека, Габриэль Вейт и его команда решили сделать литий-ионные аккумуляторы более безопасными, добавив в электролит ударопрочный материал. Эта добавка мгновенно затвердевает при ударе по аккумулятору, предотвращая соприкосновение электродов при падении или повреждении аккумулятора.
Когда электроды не соединены, аккумулятор не воспламеняется. Более того, добавку можно интегрировать с минимальными изменениями в существующее производство аккумуляторов.
Эффект безопасности достигается за счёт коллоида – суспензии мельчайших твёрдых частиц в жидкости. Для аккумуляторов команда Вейта использовала частицы кремния, взвешенные в стандартных электролитах. При ударе частицы слипаются, блокируя поток жидкости и ионов. Для достижения этого эффекта исследователи использовали идеально сферические частицы кремния шириной всего 200 нанометров, по сути, сверхтонкий песок.
Как объясняет Вейт, однородность размера частиц кремния имеет решающее значение: когда частицы однородны, они равномерно распределяются в электролите, позволяя присадке эффективно затвердевать при ударе. Если же размеры частиц различаются, жидкость остаётся слишком текучей, и защитный эффект теряется.
Технология SAFIRE лицензирована для коммерческого использования стартапом
Чтобы понять, как материал ведёт себя под нагрузкой, команда использовала нейтронное рассеяние на источнике нейтронов расщепления ORNL. Этот прорыв стал возможным благодаря работе разносторонней междисциплинарной команды, включающей реологов, керамистов, электрохимиков, специалистов по механике и испытателей материалов. Их совместный опыт позволил разработать и испытать эту уникальную технологию ударопрочных аккумуляторов.
В 2022 году ORNL выдала стартапу Safire Technology Group лицензию на пять запатентованных технологий, известных как безопасные ударопрочные электролиты (SAFIRE),. Компания расширила свою деятельность в области НИОКР в Теннесси, сосредоточившись на выводе этой технологии на рынок для электромобилей, оборонных приложений и электрических самолетов с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL).
По словам Джона Ли, соучредителя и генерального директора Safire Technology Group, технология SAFIRE способна преобразовать автомобильную промышленность. Устраняя необходимость в тяжёлом защитном экранировании, эта технология позволяет снизить вес автомобиля и увеличить запас хода. В оборонной сфере она обеспечивает защиту от снарядов и баллистических снарядов, одновременно снижая вес оборудования и систем, повышая производительность и эксплуатационную эффективность.
Sourse: interestingengineering.com
