Vjetë kërkimore dhe zhvillimi, prodhim i saktë, teste ekstreme, monitorim i vazhdueshëm dhe dhjetëra mjete paraprakte të sigurtë përdoren për të parandaluar reaksionet termike të pakontrolluara në bateri. Tani, studiues nga Akademia Kineze e Shkencave propozojnë një zgjidhje mjaft të thjeshtë: bateri që thjesht nuk mund të digjen.
Zgjidhja e tyre është një dizajn i baterisë me ione natriumi që përdor një elektrolit të qëndrueshëm dhe jo i djegshëm, i cili ngurtësohet shpejt nën nxehtësi ekstreme, duke formuar një barrierë të brendshme të sigurtë.
Reaksionet termike të pakontrolluara kanë qenë gjithmonë një sfidë në teknologjinë e baterive, veçanërisht në bateritë me ione litiumi, të cilat zakonisht përdorin elektrolite të djegshme. Kjo shqetësim ka marrë një vëmendje edhe më të madhe me rritjen e përdorimit të autombujve elektrikë (EV), duke u bazuar në madhësinë e baterive në këto autombuj.
Ky fenomen është një reaksion vetë-përshpejtuar, ku bateria hyn në një gjendje të pakontrolluar ngrohjeje. Kur arrihet një temperaturë e caktuar, kimikatet e brendshme të baterisë fillojnë të reagon, duke lëshuar më shumë nxehtësi. Kjo nxehtësi e shpejtëson reaksionet, duke krijuar edhe më shumë nxehtësi në një cikël të rrethuar. Brenda milesekundave ose minutave, temperaturat mund të ngrihen në 700-1000 °C (1,292-1,832 °F). Kjo shpesh çon në lëshimin e gazeve toksike, zjarre të dhunshme ose eksplozione.
Më tej, sepse bateria krijon oksigjenin e saj gjatë kësaj reaksioni, aparatet tradicionale të fikjes së zjarrit shpesh nuk mund ta fiksin. Zakonisht duhet të prisni që bateria të digjet vetë.
Reaksionet termike të pakontrolluara mund të shkaktohen nga një varietet e kushteve, përfshirë dëmtimin e baterisë, mbivendosjen, mbushjen e tepruar, defektet e prodhimit, ekspozimin ndaj ujit të kripur dhe zjarret e jashtme.
Kjo duket mjaft e frikshme, por mos u shqetësoni. Sipas EV FireSafe, mundësia që automobili juaj elektrik të digjet spontanisht për shkak të problemeve me baterinë është rreth 0.0012%. Ky shifër është e mundur falë inxhinierisë shumë të avancuara dhe një sasi të madhe burimesh dhe përpjekjeve.
Prodhuesit e baterive shpenzojnë vite duke kërkuar dhe duke krijuar çdo aspekt të baterisë, nga kimia e qelizave deri te arkitektura elektrike. Kjo zakonisht ndiqet nga prodhimi shumë i saktë, pastaj disa raunde të testimeve rigoroze. Përveç këtyre faktorëve, prodhuesit krijojnë sisteme të shumta monitorimi, ftohjeje, mbrojtëse dhe të sigurta rreth baterive.
Të gjitha këto masa kërkojnë vite përpjekjeje dhe kushtojnë shumë, duke arritur lehtësisht miliarda dollarë. Prandaj, mund të kuptoni pse zgjidhja e propozuar nga studiuesit, një bateri me një sistem të brendshëm të parandalimit të zjarrit, është një risi e rëndësishme.
Sistemi i tyre është një bateri me një “muri zjarri” inteligjent të ndërtuar që parandalon automatikisht zjarret e mundshme përpara se të fillojnë.
Ndryshe nga bateritë tradicionale me ione litiumi që përdorin elektrolite të lëngshme të djegshme – zakonisht karbonate organike si etilen karbonat (EC), dimetil karbonat (DMC) dhe dietil karbonat – ky dizajn i ri bazohet në ione natriumi. Ai përfshin një elektrolit të qëndrueshëm dhe jo i djegshëm (PNE). Kur temperatura e brendshme e baterisë depërbyt 150 °C (302 °F), elektroliti i lëngshëm kalon një reaksion kimik të shpejtë dhe ngurtësohet. Kjo barrierë e ngurtë vepron si një “muri zjarri” i brendshëm, duke bllokuar fizikisht nxehtësinë që përhapet dhe duke ndalur reaksionet e zinxhirë që zakonisht çojnë në eksplozione.
Në studimin e publikuar në Nature Energy, studiuesit detajojnë se sa mirë funksionoi sistemi në teste. Bateria rezistoi ngrohjes së jashtme deri në 300 °C (572 °F) pa shkaktuar reaksione termike të pakontrolluara. Qeliza kaloi gjithashtu testet e depërthimit me gozhdë, duke simuluar një shkurtim të brendshëm, me integritet strukturore të plotë.
Dhe pavarësisht nga funksionet e shtuara të sigurtësisë, qeliza ruajti një dendësi konkurruese të energjisë prej 211 Wh/kg dhe funksionoi me besueshmëri në temperatura që variojnë nga -40 °C deri në 60 °C (−40 °F deri në 140 °F).
Shkaku për të preferuar ione natriumi sesa ione litiumi është i thjeshtë. Sistemet me ione natriumi janë natyrisht më termikisht stabile. Ato përdorin materiale më pak reaktive, duke i bërë ato shumë më pak të prirë ndaj reaksioneve të pakontrolluara. Kjo krijon një bazë ideale për mekanizma të ndërtuar të sigurtësisë, si elektrolitet që ngurtësohen vetvetiu.
Në anën tjetër, bateritë me ione natriumi kanë densitete më të ulëta të energjisë, që do të thotë se ruajnë më pak energji për njësi vëllimi sesa homologët e tyre me ione litiumi. Megjithatë, ky është një çmim i arsyeshëm për përfitimet e sistemit.
Për të filluar, ajo heq mundësinë e një zjarri. Kjo është një avantazh i madh në aspektin e sigurtësisë. Gjithashtu, sistemi i sigurtësisë është pasiv, por shumë efektiv. Nuk keni nevojë për një kompjuter ose një pompë ftohjeje për të “zbuluar” një zjarr. Kimia e vetë baterisë vepron si një sigurtim fizik.
Për më tepër, sepse bateria është e sigurt natyrisht, ajo zvogëlon nevojën për “sigurime” të forcuara dhe të kushtueshme rreth tyre. Kjo e bën të gjithë makinën më të lehtë dhe më të lirë për të prodhuar.
Ka disa gjëra që duhet të vëzhguar. Këto sisteme që ngurtësohen janë zakonisht krijuar si një mekanizëm sigurie një-drejtesh. Kur elektroliti ngurtësohet, ai ndalon lëvizjen e ionëve dhe efektivisht e “vret” qelizën. Letra nuk thotë këtë shprehimisht, por riparimi në nivelin e paketës do të kërkohej me shumë mundësi pas aktivizimit. Kjo nuk është domosdëmtimisht një e keqe, pasi ndalimi i pavendosur preferohet në dizajnet kritike për sigurinë. Muri zjarri është një sigurtim, pasi pritet që bateritë të funksionojnë larg 150 °C (302 °F).
Sistemi ende ka nevojë për një sistem ftohjeje. Operacionet normale gjenerojnë ende nxehtësi, dhe temperaturat e larta mund të dëmtojnë performancën dhe të zvogëlojnë jetëgjatësinë.
Përveç këtyre problemeve, teknologjia ka një potencial të gjerë që shkon përtej autombujve elektrikë dhe mund të përdoret në çdo sistem që përdor bateri.
Burimi: Akademia Kineze e Shkencave
Burimi: newatlas.com
