Η ανάφλεξη μπαταριών λιθίου σε ηλεκτρικά οχήματα είναι ένα θέμα που μας απασχολεί και θα μας απασχολεί όλους για μερικά χρόνια ακόμα, τουλάχιστον. Τα περιστατικά είναι λίγα όμως λαμβάνουν συχνά μεγάλη δημοσιότητα, όχι αδίκως καθώς πρόκειται ακόμη για μια νέα τεχνολογία, για τους περισσότερους (σίγουρα όχι για εσάς, τους αναγνώστες του GetElectric)! Αυτό που δεν λαμβάνει μεγάλη δημοσιότητα, όμως, είναι η πρόοδος της τεχνολογίας μπαταριών σε όλους τους τομείς, μεταξύ των οποίων και η προστασία τους από φαινόμενα υπερθέρμανσης, βραχυκυκλώματος και φωτιάς. Η LG Chem και η 24M, ξεχωριστά, έδωσαν νέες πληροφορίες, εικόνες και video για τις νέες τεχνολογίες που αναπτύσσουν και οι οποίες προφυλάσσουν τις μπαταρίες EVs από ανάφλεξη/έκρηξη.
Ξεκινώντας με την LG Chem, μια ερευνητική ομάδα της ανέπτυξε ένα ειδικό υλικό που τοποθετείται μεταξύ ανόδου και καθόδου σε ένα στοιχείo (cell) μπαταρίας, με σκοπό να αντιδράσει σε ακραίες θερμοκρασίες. Σε περίπτωση υπερθέρμανσης, λοιπόν, αλλάζει “μορφή” και μετατρέπται σε ένα φράγμα που εμποδίζει τον σχηματισμό δενδριτών, εμποδίζοντας έτσι και το απευχταίο thermal runway που οδηγεί σε φωτιές. Το υλικό λέγεται ότι είναι εξαιρετικά λεπτό, «περίπου το 1/100 του πάχους μιας ανθρώπινης τρίχας».
Αν δεν ξέρετε τι είναι οι δενδρίτες, ίσως είναι μια καλή στιγμή να διαβάσετε το σχετικό τεχνικό άρθρο μας πάνω στις διάφορες “χημείες” μπαταριών!
NCM, NCA, LFP, solid-state: Ποια είναι η “καλύτερη” μπαταρία EV;
Εκτός από τους επιστήμονες της LG Chem, στην έρευνα συμμετείχε και μια ομάδα από το Τμήμα Επιστήμης Μπαταριών του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας του Pohang (POSTECH). Η θυγατρική της LG Energy Solution συμμετέχει επίσης στις δοκιμές ασφαλείας της νέας τεχνολογίας. Τα αποτελέσματα της έρευνας σχετικά με το λεγόμενο «ενισχυμένο στρώμα ασφαλείας» (Safety Reinforced Layer – SRL) που εξαρτάται από τη θερμοκρασία δημοσιεύθηκαν στο τελευταίο τεύχος του περιοδικού Nature Communications με τίτλο «Thermal Runaway Prevention through Scalable Fabrication of Safety Reinforced Layer in Practical Li-Ion Batteries».
Όπως εξηγεί η LG Chem, το υλικό που αναπτύχθηκε είναι ένα σύνθετο υλικό που αλλάζει την ηλεκτρική του αντίσταση ανάλογα με τη θερμοκρασία και μπορεί να λειτουργήσει ως «ασφάλεια» (fuse). Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε αυτό το υλικό ως ένα λεπτό στρώμα που τοποθετείται μεταξύ του στρώματος της καθόδου και του συλλέκτη ρεύματος (ένα φύλλο αλουμινίου που χρησιμεύει ως δίοδος ηλεκτρονίων) στη μπαταρία.
«Όταν η θερμοκρασία της μπαταρίας αυξάνεται πέρα από το κανονικό εύρος, μεταξύ 90°C και 130°C, το υλικό αντιδρά στη θερμότητα, αλλάζοντας τη μοριακή του δομή και καταστέλλοντας αποτελεσματικά τη ροή του ρεύματος», δήλωσε η νοτιοκορεατική ερευνητική ομάδα, η οποία σημείωσε επίσης ότι οι προηγούμενες μέθοδοι εισαγωγής εξαρτώμενων από τη θερμοκρασία υλικών στο στοιχείο της μπαταρίας είχαν συχνά προβλήματα με αργούς χρόνους απόκρισης ή μείωση της ενεργειακής πυκνότητας.
Το επόμενο βήμα είναι η εντατικοποίηση των δοκιμών ασφαλείας για τις μπαταρίες ηλεκτρικών αυτοκινήτων.
Στην άλλη όχθη του… Ειρηνικού, μια αμερικάνικη εταιρεία, η 24M Technologies, η οποία αναπτύσσει μπαταρίες με τη στήριξη της Volkswagen, μοιράστηκε δεδομένα δοκιμών που παρουσιάζουν την τεχνολογία διαχωρισμού Impervio, η οποία συμβάλλει στη μείωση του κινδύνου πυρκαγιάς των μπαταριών EV. Το παρακάτω βίντεο δείχνει μια σύγκριση συμβατικών μπαταριών EV που υπερφορτίζονται στο 200%, με και χωρίς διαχωριστή Impervio, σε πραγματικό χρόνο.
Η 24M Technologies είναι μια νεοσύστατη επιχείρηση μπαταριών με έδρα τις ΗΠΑ, η οποία προέκυψε από το ΜΙΤ και επανασχεδίασε το παραδοσιακό στοιχείο μπαταρίας χρησιμοποιώντας την τεχνολογία ιόντων λιθίου «SemiSolid». Τα μελλοντικά οφέλη αυτών των στοιχείων περιλαμβάνουν 40% λιγότερη επιφάνεια παραγωγής, αποτελεσματικότερη ανακύκλωση του προϊόντος και λιγότερο CO2 κατά την παραγωγή τους.
Με την οικονομική υποστήριξη της VW, η 24M ανακοίνωσε τον περασμένο Μάρτιο μια νέα προσέγγιση για την ανακύκλωση μπαταριών EV με την ονομασία «Liforever». Η προσέγγιση αυτή εφαρμόζεται απευθείας στη διαδικασία κατασκευής των μπαταριών ως μέθοδος για την ανακύκλωση όλων των ενεργών υλικών των μπαταριών, όπως τον φωσφορικό σίδηρο λιθίου (LFP), πιο αποτελεσματικά και οικονομικά, ενώ παρακάμπτει εντελώς τη δημιουργία “μαύρης μάζας”.
Τον Ιανουάριο του 2024, η 24M παρουσίασε μια νέα προσέγγιση για τους διαχωριστές μπαταριών με την ονομασία «Impervio», η οποία αντιμετωπίζει την αυξανόμενη ανησυχία για πυρκαγιά σε μπαταριών EV, συστήματα αποθήκευσης ενέργειας (ESS) και καταναλωτικές εφαρμογές, όταν αυτές υπερφορτίζονται. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα στο επεξηγηματικό βίντεο της εταιρείας εδώ.
Η 24M εξήγησε ότι η υπερφόρτιση μιας κυψέλης μπαταρίας, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται στα EV, μπορεί να οδηγήσει σε σχηματισμό δενδριτών και σε εσωτερικό βραχυκύκλωμα, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε πυρκαγιά ή, ακόμη χειρότερα, σε έκρηξη. Ο διαχωριστής Impervio παρεμποδίζει τη διάδοση δενδριτών ελέγχοντας το στοιχείο σε επίπεδο μεμονωμένων ηλεκτροδίων. Η 24M μοιράστηκε επίσης ότι η τεχνολογία της μπορεί να αποτρέψει τη θερμική διαφυγή, παρακολουθώντας την ηλεκτροχημεία ενός κελιού και εφαρμόζοντας μια δικλείδα ασφαλείας σε περίπτωση βραχυκυκλώματος.
Η εταιρεία μοιράστηκε το παραπάνω βίντεο από μια δοκιμή ξεχωριστών στοιχείων NMC/γραφίτη 10 Ah, μία με διαχωριστή Impervio και μία με συμβατικό διαχωριστή, που φορτίστηκαν στο 100% και στη συνέχεια υπερφορτίστηκαν στο 100% της χωρητικότητας ή στο διπλάσιο της καθορισμένης μέγιστης τάσης.
Τα μη Impervio, τυποποιημένα στοιχεία υπερθερμάνθηκαν μέσω μικροβραχυκυκλωμάτων που προκλήθηκαν από δενδρίτη μετά από 15 λεπτά, με αποτέλεσμα η μπαταρία να πάρει φωτιά μετά από 38 λεπτά. Η μπαταρία με την τεχνολογία Impervio, ωστόσο, δεν υπερθερμάνθηκε, ούτε πήρε φωτιά μετά από μια ολόκληρη ώρα υπερφόρτισης.
Θα είναι ενδιαφέρον και συναρπαστικό να δούμε την τεχνολογία Impervio της 24M να εφαρμόζεται σε μαζική κλίμακα, καθώς οι πυρκαγιές μπαταριών EV, αν και σπάνιες, εξακολουθούν να προκαλούν ανησυχία τόσο στους κατασκευαστές EVs, όσο και στους καταναλωτές αλλά και τους διαχειριστές/χρήστες χώρων όπου επαναφορτίζονται EVs.
Σας αρέσουν τα άρθρα μας; Ακολουθήστε μας στο Google News, στο YouTube, στο Facebook και στο Instagram!
Δείτε επίσης:
φωτιά φωτιά φωτιά
