- يتوقف جدار الحماية الداخلي للبطارية عن السخونة الزائدة قبل أن تبدأ الحرائق أثناء ظروف الفشل
- تُظهر خلايا أيون الصوديوم ذات أمبير ساعة القمع الكامل للتفاعلات الحرارية الهاربة
- يعمل نظام الأمان المكون من ثلاثة أجزاء على تحسين الاستقرار دون تقليل أداء إخراج الطاقة
أحد أكبر المخاطر في البطاريات الحديثة هو ارتفاع درجة الحرارة الذي يمكن أن يؤدي إلى نشوب حرائق، لكن العلماء في الأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) يزعمون أنهم طوروا مادة بطارية أيون الصوديوم التي تشكل حاجزًا داخليًا قويًا عند ارتفاع درجات الحرارة، مما يمنع الحرائق قبل أن تبدأ.
يُعرف التفاعل المتسلسل الخطير الذي يعالجه بالهروب الحراري، ويحدث عندما تتراكم الحرارة داخل البطارية بشكل أسرع مما يمكنها الهروب. بمجرد أن تبدأ، ترتفع درجات الحرارة بسرعة ويمكن أن تؤدي إلى إطلاق الغاز، أو نشوب حريق، أو انفجارات.
يظل وضع الفشل هذا أحد أكبر المخاوف المتعلقة بالسلامة للسيارات الكهربائية وأنظمة التخزين على نطاق الشبكة. لقد كان منع التفاعل تمامًا، بدلاً من محاولة احتوائه بعد ذلك، هدفًا رئيسيًا لمطوري البطاريات.
يستمر المقال أدناه
هيكل من ثلاثة أجزاء
غالبًا ما تتم مقارنة السيارات الكهربائية بمركبات محرك الاحتراق الداخلي (ICE)، التي تحمل البنزين الذي يمكن أن يشتعل في حالة تلفه. يمكن للبطارية التي تتوقف عن السخونة الزائدة قبل أن تنتشر أن تقلل من خطر الحريق.
قام فريق البحث الصيني ببناء ما يسميه بالكهرباء القابلة للبلمرة وغير القابلة للاشتعال، أو PNE. يتحول هذا السائل إلى مادة صلبة كثيفة عندما تتجاوز درجات الحرارة حوالي 302 درجة فهرنهايت (150 درجة مئوية).
يؤدي هذا التحول إلى إنشاء طبقة داخلية تمنع حركة الحرارة بين مكونات البطارية. بمعنى آخر، تقوم البطارية ببناء جدار الحماية الخاص بها في اللحظة التي يبدأ فيها ارتفاع درجة الحرارة.
وصف الباحثون الكيمياء الكامنة وراء النظام في عملهم المنشور في طبيعة. وقالوا: “هنا نقترح إلكتروليتًا قابلاً للبلمرة وغير قابل للاشتعال، والذي يعزز تأثير الذوبان الأنيوني الكاتيوني التآزري ويخضع للبلمرة المثارة حرارياً”.
يعمل تصميم الأمان كهيكل من ثلاثة أجزاء يدعم الاستقرار الحراري واستقرار الواجهة والفصل المادي داخل البطارية. تلعب كل طبقة دورًا في منع التفاعلات من الانتشار بمجرد ارتفاع درجات الحرارة.
تم إجراء الاختبار باستخدام بطارية أيون الصوديوم الأسطوانية بقدرة 3.5 أمبير/ساعة، وهي سعة تعتبر ذات أهمية تتجاوز العينات المعملية الصغيرة.
أفاد الباحثون أن هذا يمثل أول دليل على القمع الحراري الكامل للانفلات الحراري في خلايا أيون الصوديوم بمقياس أمبير-ساعة.
أثناء اختبار اختراق المسامير، وهي الطريقة المستخدمة عادةً لمحاكاة الدوائر القصيرة الداخلية، لم تنتج البطارية أي دخان أو حريق أو انفجار. كما ظلت الخلية مستقرة عند درجات حرارة تصل إلى 572 درجة فهرنهايت (300 درجة مئوية).
أفاد الباحثون أن مكاسب السلامة لم تقلل من مستويات الأداء أيضًا. وحققت البطارية كثافة طاقة تبلغ 211 وات/كجم، مما يضعها ضمن النطاق المتوقع لأنظمة أيونات الصوديوم المتقدمة.
تم تسجيل عملية موثوقة عبر درجات حرارة تتراوح من -40 درجة فهرنهايت إلى 140 درجة فهرنهايت، مما يغطي الظروف من الشتاء العميق إلى حرارة الصيف الشديدة. تم أيضًا الحفاظ على استقرار الجهد فوق 4.3 فولت أثناء الاختبار.
ويقول الباحثون إن المواد المستخدمة في النظام شائعة بالفعل في الإنتاج الصناعي، مما قد يبسط عملية القياس إذا وصلت التكنولوجيا إلى مرحلة التصنيع التجاري.
اتبع TechRadar على أخبار جوجل و أضفنا كمصدر مفضل للحصول على أخبار الخبراء والمراجعات والآراء في خلاصاتك. تأكد من النقر على زر المتابعة!
وبالطبع يمكنك أيضًا اتبع TechRadar على TikTok للحصول على الأخبار والمراجعات وفتح الصناديق في شكل فيديو، والحصول على تحديثات منتظمة منا على واتساب أيضاً.
التعليقات