Nowa technologia elektrolitów z CUHK rozwiązuje problemy bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych

Od akumulatorów ładowalnych w przenośnych urządzeniach elektronicznych po źródła zasilania dla rowerów elektrycznych i pojazdów nowej energii, wypadki związane z pożarami i spalaniem akumulatorów litowo-jonowych stają się coraz bardziej istotnym tematem globalnej uwagi. Według raportu CNN z 22. dnia miesiąca, nowa technologia opracowana przez zespół badawczy z Chińskiego Uniwersytetu w Hongkongu (CUHK) może znacząco zmniejszyć ryzyko eksplozji i pożarów akumulatorów litowo-jonowych, a ta technologia ma być komercyjnie stosowana w ciągu najbliższych 3 do 5 lat.

Raport wskazuje, że akumulatory litowo-jonowe są szeroko stosowane w różnych urządzeniach, od smartfonów po pojazdy nowej energii. Badacze stwierdzili, że akumulatory litowo-jonowe mają dobrą bezpieczeństwo w normalnych scenariuszach użytkowania, ale niewłaściwe użycie może prowadzić do zagrożeń pożarowych, a nawet śmiertelnych konsekwencji w skrajnych przypadkach. Powodem jest to, że elektrolit wypełniający akumulatory litowo-jonowe jest łatwopalny. Podczas fizycznego przebicia, przeładowania, ekstremalnych warunków temperatury i wilgotności lub wad produkcyjnych, akumulatory stopniowo tracą stabilność. Gdy wystąpi nieprawidłowość, temperatura akumulatora szybko wzrasta i zapala elektrolit, co wywołuje niebezpieczną reakcję łańcuchową znaną jako "ucieczka cieplna". Odpowiednie dane statystyczne pokazują, że w 2024 roku odnotowano 89 incydentów związanych z dymem, pożarem lub wysokotemperaturowymi nieprawidłowościami w globalnym sektorze transportu cywilnego; w codziennym życiu wypadki pożarowe akumulatorów rowerów elektrycznych, hulajnóg elektrycznych i innych urządzeń również nie są rzadkością.

Aby rozwiązać ten problem związany z bezpieczeństwem, globalna społeczność naukowa aktywnie prowadzi badania technologiczne, takie jak opracowywanie elektrolitów stałych lub żelowych odpornych na wysoką temperaturę, aby zastąpić tradycyjne elektrolity ciekłe. Jednak takie rozwiązania wymagają dużych modyfikacji istniejących linii produkcyjnych akumulatorów, co znacznie podnosi próg industrializacji i ogranicza szybkość popularyzacji technologii. W przeciwieństwie do tego, nowy schemat optymalizacji akumulatorów litowo-jonowych zaproponowany przez zespół CUHK wymaga jedynie wymiany składników chemicznych w istniejącym elektrolicie, bez zmiany kluczowych etapów procesu produkcji.

Badacze z zespołu wyjaśnili, że główną przyczyną pożarów baterii litowo-jonowych jest rozkład elektrolitu pod wysokim ciśnieniem, co uwalnia dużą ilość ciepła i wywołuje reakcję łańcuchową. Nowo opracowany elektrolit przyjmuje system rozpuszczalnika binarnego, który może precyzyjnie zablokować ten niebezpieczny proces reakcji. W normalnych warunkach temperaturowych pierwszy rozpuszczalnik może utrzymać zwartość wewnętrznej struktury chemicznej baterii, zapewniając normalne wydajnościowe wyjście baterii; gdy temperatura baterii wzrasta w sposób nienormalny, drugi rozpuszczalnik szybko aktywuje mechanizm ochronny, zapobiegając ryzyku pożaru u źródła poprzez rozluźnienie struktury chemicznej i spowolnienie reakcji związanych z ucieczką ciepła.

CNN cytował dane z testów laboratoryjnych, które pokazują, że po przebiciu akumulatora litowo-jonowego przy użyciu tej nowej technologii gwoździem, temperatura wzrosła tylko o 3,5 stopnia Celsjusza; w przeciwieństwie do tego, temperatura tradycyjnych akumulatorów litowo-jonowych wzrosła do 555 stopni Celsjusza w tych samych warunkach testowych. Naukowcy podkreślili, że ten schemat techniczny nie wpłynie negatywnie na podstawową wydajność i żywotność akumulatora. Testy wykazały, że po 1000 cyklach ładowania i rozładowania, pojemność akumulatora może nadal utrzymywać ponad 80% wartości początkowej, w pełni spełniając wymagania zastosowań komercyjnych.

Warto zauważyć, że ponieważ ta technologia polega tylko na wymianie komponentów elektrolitowych bez potrzeby modyfikacji istniejących linii produkcyjnych, ma podstawowe warunki do szybkiej industrializacji. Szacuje się, że po produkcji na dużą skalę koszt baterii litowo-jonowych przyjmujących tę technologię będzie zasadniczo taki sam jak koszt obecnych produktów mainstreamowych. Obecnie odpowiednia technologia weszła w fazę zaawansowania komercyjnego. Donald Finnegan, starszy naukowiec w amerykańskim Krajowym Laboratorium Energii Odnawialnej, skomentował: "Ten przełom technologiczny jest ekscytujący, co oznacza, że przyszłe baterie litowo-jonowe będą w stanie wytrzymać ekstremalne warunki pracy, takie jak wysokie temperatury i zwarcia, zasadniczo unikając ryzyka pożaru."