ابداع ماده‌ای که باتری‌ها را ضد ضربه می‌کند

به گزارش ایسنا، یک آزمایش سرگرم‌کننده در خانه، گابریل ویت(Gabriel Veith)، محقق آزمایشگاه ملی اوک‌ریج(ORNL) وزارت انرژی ایالات متحده را به موفقیتی در بهبود ایمنی باتری‌ها رساند.

به نقل از آی‌ای، دانشمندان ORNL مدت‌هاست که شیمی پیچیده و موادی را که باتری‌های لیتیوم-یون را تغذیه می‌کنند، بررسی می‌کنند.

درون این باتری‌ها یک لایه پلاستیکی نازک، الکترودها، یعنی نقاطی را که الکتریسیته جریان می‌یابد، از هم جدا می‌کند. اگر این لایه آسیب ببیند، الکترودها می‌توانند با هم تماس پیدا کنند و باعث آتش گرفتن الکترولیت مایع و شعله‌ور شدن باتری شوند.

ایده «ویت» هنگام بازی با فرزندانش و مخلوطی از نشاسته ذرت و آب به ذهنش رسید. این مخلوط تا زمانی که فشار اعمال شود، مانند مایع رفتار می‌کند، سپس قبل از بازگشت به حالت مایع، جامد می‌شود. وی متوجه شد که این خاصیت برگشت‌پذیر می‌تواند برای ایجاد یک افزودنی محافظ که فوراً تحت ضربه سخت می‌شود و خطر آتش‌سوزی در باتری‌های لیتیوم-یون را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد، استفاده شود.

استفاده از سیلیس بسیار ریز برای جلوگیری از خطرات باتری

گابریل ویت و تیمش با الهام از رفتار آن مخلوط، با افزودن یک ماده مقاوم در برابر ضربه به الکترولیت، قصد داشتند باتری‌های لیتیوم-یون را ایمن‌تر کنند. این افزودنی هنگام ضربه خوردن باتری فوراً سخت می‌شود و در صورت افتادن یا آسیب دیدن باتری، از تماس الکترودها با یکدیگر جلوگیری می‌کند.

وقتی الکترودها از هم جدا بمانند، باتری آتش نمی‌گیرد. علاوه بر این، این افزودنی را می‌توان با حداقل تغییرات در تولید باتری‌های موجود ادغام کرد.

اثر ایمنی از یک کلوئید(colloid) که سوسپانسیونی از ذرات جامد ریز در یک مایع است، ناشی می‌شود. این تیم برای باتری‌ها از ذرات سیلیس معلق در الکترولیت‌های استاندارد استفاده کرد. در هنگام ضربه، ذرات به هم می‌چسبند و جریان مایعات و یون‌ها را مسدود می‌کنند.

محققان از ذرات سیلیس کاملاً کروی با عرض فقط ۲۰۰ نانومتر برای دستیابی به این اثر استفاده کردند.

همانطور که «ویت» توضیح می‌دهد، اندازه یکنواخت ذرات سیلیس بسیار مهم است. وقتی ذرات ثابت باشند، به طور یکنواخت در الکترولیت پراکنده می‌شوند و به افزودنی اجازه می‌دهند تا در اثر ضربه به طور مؤثر جامد شود. اگر اندازه ذرات متفاوت باشد، مایع بیش از حد سیال باقی می‌ماند و اثر محافظتی آن از بین می‌رود.

این تیم برای درک چگونگی رفتار این ماده تحت فشار از پراکندگی نوترون در چشمه نوترونی اسپالاسیون ORNL استفاده کرد. این پیشرفت به یک تیم متنوع و چند رشته‌ای، شامل الکتروشیمی‌دان‌ها، متخصصان مکانیک و آزمایش‌کنندگان مواد متکی بود و تخصص ترکیبی آنها امکان طراحی و آزمایش این فناوری باتری منحصر به فرد مقاوم در برابر ضربه را فراهم کرد.

به گفته جان لی(John Lee)، یکی از محققان این مطالعه، این فناوری پتانسیل متحول کردن صنعت خودرو را دارد و با حذف نیاز به محافظ‌های سنگین می‌تواند وزن خودرو را کاهش دهد و بُرد رانندگی را نیز افزایش دهد. همچنین این فناوری در کاربردهای دفاعی ضمن کاهش وزن تجهیزات و سیستم‌ها، محافظت در برابر پرتابه‌ها را فراهم می‌کند و عملکرد و کارایی عملیاتی را بهبود می‌بخشد.