Drift af en løsning:Professor tager ansvar for at forbedre litiumionbatteriernes sikkerhed

Så banebrydende som elbiler er, de er stadig sårbare over for en akilleshæl - selve kilden, der giver dem magt.

En af de almindelige batterityper, der bruges i elektriske køretøjer, lithium-ion-batterier-eller Li-ion-batterier-er modtagelige for at tage ild eller eksplodere som følge af et nedbrud eller anden større påvirkning, der udøves på køretøjet. Påvirkningen resulterer i den interne kortslutning af elektroder. Den lille brand kan spredes i hele batteriet og til andre dele af bilen gennem "termisk løbsk".

"Selvom der er blevet gjort en betydelig indsats for den termiske håndtering af battericellerne, batteribrande og eksplosioner i de seneste elektriske bilulykker skaber betydelige bekymringer i offentligheden, "sagde Yu Zhu, Ph.d., lektor i polymervidenskab ved University of Akron (UA). "I de fleste tilfælde, batteriet tændte, når det ikke blev brugt under normal brug, såsom gennem en stor ekstern påvirkning, eller styrt. "

Zhu og hans team af kandidatstuderende ved UA's College of Polymer Science and Polymer Engineering arbejder på at forbedre sikkerheden ved Li-ion-batterier ved at oprette en forskydningsfortykkende elektrolyt-et stof, der kan blive tykkere under påvirkning, indstillet mellem batteriets anode og katode, der vil være slagfast, dermed ikke forårsage brand eller eksplosion ved nogen kollision. Under normale forhold, den nye elektrolyt forbliver blød.

Gruppens forskning, ledet af Zhu's Ph.D. studerende Kewei Liu, blev for nylig offentliggjort i Journal of Power Sources :"En forskydningsfortykningsvæske baseret slagfast elektrolyt til sikre Li-ion-batterier."

"I Li-ion batterier til brug i elektriske køretøjer, katoden og anoden adskilles af en meget blød membran og en flydende elektrolyt, "sagde Zhu." Blot at udskifte en flydende elektrolyt med dens faste modstykke er stadig en udfordrende opgave, fordi begge elektroder er porøse, og de har brug for væske til at fylde porerne og få kontakt. Vores idé er, at du stadig kan bruge en væskelignende elektrolyt under en normal situation, men med en væske, der kan forbedre sine egne mekaniske styrker under påvirkning. Så, vi udviklede en forskydningsfortykkende elektrolyt. "

Tænk på det som en stivelse og vandblanding. Du kan lægge din hånd i den og langsomt røre stivelse og vand, mens du føler meget lidt modstand. Imidlertid, hvis du øger din omrøringshastighed, du vil dramatisk føle meget mere modstand. Faktisk, en bowlingbold kan hoppe af overfladen af ​​en majsstivelse og vandblanding, som opfører sig som et fast stof under påvirkningen.

En væske med sådanne egenskaber kaldes et dilatant, en type ikke-newtonsk væske. Hvis en elektrolyt også er et dilatant, det forhindrer batteriet i at kortslutte under ekstern påvirkning. Imidlertid, at danne en forskydningsfortykkende elektrolyt er meget vanskeligere end at blande majsstivelse og vand, fordi sammensætningen af ​​elektrolytten er kompliceret bestående af forskellige ioner, opløsningsmidler, og forskellige tilsætningsstoffer.

"I vores foreløbige forskning, "Sagde Zhu, "vi demonstrerede, at et modificeret billigt glasfiberfyldstof kan producere den forskydningstykkende elektrolyt, vi leder efter, som er kompatibel med kommercielle Li-ion batterier og viser forbedret slagfasthed. "

Videoer fra Zhu's gruppe viser kuglen med forskellig hastighed, der påvirker den normale flydende elektrolyt og forskydningsfortykkende elektrolyt. Den forskydningsfortykkende elektrolyt absorberede den kinetiske energi og bremsede den bevægelige kugle betydeligt.

"Sammenlignet med en konventionel flydende elektrolyt, forskydningsfortykkende elektrolyt reducerer ikke Li-ion-batteriers ydelse væsentligt, "Sagde Zhu." Under en påvirkning, forskydningsfortykkende elektrolyt vil straks opføre sig som et fast stof og generere større kraft til at modstå ydre påvirkning på grund af forskydningstykkende effekt. Denne løsning supplerer batteriets eksterne termiske styringssystem, som ofte kommer til kort som reaktion på den pludselige påvirkning "

Zhu sagde, at forskningen om forbedring af Li-ion-batterier er relativt ny, især til brug i elektriske køretøjer. Han tilføjede, at forskydningsfortykkende elektrolytter kan have andre nicheanvendelser, såsom i skudsikre energilagringsenheder.