Műanyag akkumulátor, amely nem robban

Műanyag akkumulátor, amely nem robban

Az Ionic Materials nem gyúlékony fém lítium akkumulátora, amint az a NOVA „Search for the Super Battery” című kiadványában szerepel. hitel: NOVA

A lítium-ion akkumulátorok a bűnösök egy sor égetőeszköz mögött. Ők okozták légpárnás tüzek , Felrobban a Samsung Galaxy Note 7 okostelefon , és legutóbb a HP laptopok jelentős visszahívása . Ami ezeket az akkumulátorokat olyan illékonyvá teszi, az egy nagyon gyúlékony folyadék, az úgynevezett folyékony elektrolit.

„Tekintheted úgy, mint kerozint – mintha kerozinnal mászkálnál az okostelefonodban, a pénztárcádban és a zsebedben” – mondja Mike Zimmerman, a Tufts Egyetem anyagtudományi professzora, az akkumulátor alapítója és vezérigazgatója. vállalat, Ionos anyagok .



Zimmerman kifejlesztett egy biztonságosabb elektrolitot – konkrétan szilárdtest, műanyag elektrolitot –, amely nem jelent tüzes kockázatot. Ő és a massachusettsi Woburnben székelő Ionic Materials mérnökeiből és tudósaiból álló csapat próbára tették a koncepciót az első sikeres műanyag elektrolit akkumulátor megépítésével, amely szobahőmérsékleten is működhet.

A mindenütt jelen lévő lítium-ion akkumulátor 1991 óta létezik. Az évtizedek során a tudósok három kínos problémával küzdöttek: Ezek az akkumulátorok robbanásveszélyesek, drágák és korlátozott energiakapacitásúak. Az a legutóbbi szegmens bekapcsolva Tudományos péntek , David Pogue, technológiai újságíró és a NOVA dokumentumfilm házigazdája Keresse meg a Super Battery-t ”, a sósvízi akkumulátoroktól a jeges akkumulátorokig különböző lehetőségeket tárgyalt, amelyek helyettesíthetik a lítium-ion akkumulátort. Arra a következtetésre jutott, hogy az Ionic Materials műanyag akkumulátora az egyik legígéretesebb.



Az akkumulátor három fő összetevőből áll: egy pozitív és negatív elektródából, katódból és anódból, amelyeket elektrolitnak nevezett kémiai gát választ el. Az elektrolit olyan, mint az ionok autópályája, magyarázza Zimmerman – lehetővé teszi az ionok áramlását az anód és a katód között.

Vannak a lítium-ion akkumulátorok különféle módon éghetnek . Például a túltöltés, valamint az anód és a katód érintkezése – esetleg gyártási hiba miatt – elektromos rövidzárlatot okozhat.

„Ha rövidzárlatot kap, a dolgok felforrósodnak” – mondja Zimmerman. 'Amikor [a folyékony elektrolit] elér egy bizonyos hőmérsékletet, egyszerűen égni kezd.'

Zimmerman szerint a kutatók kétféle szilárd anyaggal kísérleteztek a folyékony elektrolit helyettesítésére: kerámiával és műanyaggal. Megállapította, hogy a kerámiák törékenyek, és nehéz nagy méretben elkészíteni, míg a korábbi műanyag prototípusok képesek ionokat vezetni, de csak nagyon magas hőmérsékleten.

Zimmerman csapata az Ionic Materialsnál olyan műanyag polimer elektrolitot fejlesztett ki, amely lehetővé tette az ionok áramlását szobahőmérsékleten. Ugyanúgy működik, mint a folyékony elektrolit, magyarázza Zimmerman, de a műanyag égésgátló, így nincs lehetőség arra, hogy az akkumulátor felrobbanjon.

A Pogue azzal bizonyította biztonságát, hogy egy ollóval feldarabolta az egyik műanyag elemet – ami jelen esetben nagyon vékony volt – miközben az egy LED-es lámpák paneljét táplálta. Pogue legnagyobb megkönnyebbülésére nem törtek ki lángok. Ahogy folytatta a vágást, a LED-lámpák meglepő módon égve maradtak.

„Ez nem kívánt következmény volt” – mondja Zimmerman. „Megpróbáltuk biztonságossá tenni. Nem igazán arra koncentráltunk, hogy működjön, miután megsérült.”

A Pogue által leszerelt akkumulátor továbbra is működött, mert a lítium-fém anód beépítésének köszönhetően nagy energiasűrűséggel rendelkezik. Zimmerman szerint a lítium fémből készült akkumulátorok kétszer annyi energiát tudnak tárolni térfogatonként, mint a lítium-ion akkumulátorok, de sokkal veszélyesebbek lennének, ha folyékony elektrolittal használnák őket. A műanyag megszünteti a problémát.

„Sokat használom az okostelefonomat, és délután négy óráig fel kell töltenem az akkumulátort” – mondja Zimmerman. 'Ha fel tudjuk használni a műanyagunkat, és nagyobb energiájú anódokat helyezünk el, a telefon kétszer-háromszor tovább bírja, mielőtt újra fel kell töltenie.'

Zimmerman reméli, hogy két-három éven belül látni fogunk az Ionic Materials műanyag akkumulátorával támogatott eszközöket. Jelenleg a vállalat az üzleti partnerek megszilárdításán és a nagy volumenű gyártás kihívásaiban való eligazodáson dolgozik egy olyan iparágban, amely nagyrészt hozzászokott a lítium-ion akkumulátorok gyártásához. Tervei szerint az akkumulátort először az okostelefonokban és a fogyasztói elektronikában vezeti be, majd végül kiterjeszti az elektromos járművekre is.

„Szeretnénk egy biztonságos akkumulátort, amely nagyobb kapacitást – több energiát – képes leadni, hogy az emberek töltéssel sokkal nagyobb hatótávolságot érhessenek el elektromos járműveikben” – mondja.