En hård strømkilde:Oprettelse af et lithium-ion-batteri, der ikke kan tage ild

Den populære myte om, at en edderkop aldrig er mere end et par meter væk, er uden tvivl mere sand for lithium-ion-batterier end for spinakler. Driver alt fra smartphones og bærbare computere til elektroniske cigaretter, lithium-ion-batterier slår alternative strømkilder ud på grund af deres førsteklasses energitæthed og lange livscyklus, hvilket betyder, at de kan genoplades igen og igen, før de går i stykker. Men for alle disse fordele, lithium-ion-batterier kommer med en stor bekymring:De kan katastrofalt antænde, når de overophedes.

På Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, en ny type lithium-ion batteri, der ikke kan gå i brand, er på vej. Et team af forskere ledet af Konstantinos Gerasopoulos, en seniorforsker ved laboratoriet, for nyligt gjort gennembrud i deres udviklingsindsats. Det nye batteri er tyndt og fleksibelt, i modsætning til nutidens lithium-ion-batterier, der skal pakkes i stive cylindriske eller polygonale etuier for at afskærme deres flygtige indhold. APL -batteriet er også hårdt, i stand til at modstå nedsænkning i vand, skæring, og endda ballistiske påvirkninger.

"Vi ønskede at skabe et batteri, der er lige så tyndt og kraftfuldt som den elektronik, det er beregnet til at drive, " siger Gerasopoulos. "Og for at gøre det, vi var nødt til at forvandle batteriets sikkerhed."

Byt ud for sikkerhed

I batterier, en flydende elektrolyt formidler elektroner mellem to elektroder, leverer en elektrisk strøm, der driver din enhed. Standard lithium-ion batterier indeholder en elektrolyt med et organisk opløsningsmiddel, der, mens den er effektiv, tilfældigvis er brandfarlig. Gerasopoulos og kolleger har udviklet en ny klasse af elektrolytter, der bruger lithiumsalte opløst i vand som et brændbart opløsningsmiddel. En polymermatrix - grundlæggende, en slags plastiksvamp - opsuger vandet, og det ultimative resultat er en bøjelig, blød, kontaktlinselignende elektrolyt.

Det positive med det negative

Som regel, lithium-ion batterielektroder er folielignende og, når de bøjes for meget, kan krølle og blive beskadiget. APLs batterielektroder er i stedet fremstillet med Kapton, en fleksibel film, der ofte bruges til at isolere et rumfartøj mod ekstreme temperaturer. Som en ekstra bonus, Kapton er en let tilgængelig, hyldevare, reducerer batteriets omkostninger og kompleksitet at fremstille.

Mere kraft i længere tid

Den nuværende iteration af den nye elektrolyt holder 4,1 volt - ikke helt så meget som konventionelle lithium-ion-batterier, men det kommer tættere på. APL-teamet ønsker også at forbedre batteriets livscyklus fra omkring hundrede opladninger til mere som tusind, matchende nutidens typiske batteriydelse. Fortsat justering af polymerens kemi for bedre elektrokemisk stabilitet bør levere på disse to mål.