باتری آلمانی، جان تازه‌ای به خودروهای برقی می‌دهد
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان آلمانی یک فرآیند تولید رول به رول جدید توسعه داده‌اند تا باتری‌های لیتیومی را ایمن‌تر و با چگالی انرژی بهتر بسازند.
شرکت فرانهوفر اف‌ای‌پی این فرآیند را برای نوع جدیدی از قطعات باتری‌های لیتیوم-یونی به نام جمع‌کننده‌های جریان فلز-پلیمر توسعه داده است.
با رایج‌تر شدن خودروهای برقی، این جمع‌کننده‌های جدید می‌توانند با عمل به عنوان یک مکانیسم ایمنی داخلی، نقش کلیدی در جلوگیری از آتش‌سوزی باتری‌های لیتیوم-یونی ایفا کنند.
این فناوری نوآورانه با هدف مقابله با خطر آتش‌سوزی ذاتی در باتری‌های لیتیوم-یونی سنتی، که اغلب به دلیل «فرار حرارتی» ناشی از شارژ بیش از حد، آسیب به قطعات یا گرمای بیش از حد ایجاد می‌شود، ارائه شده است.
خاموش کردن آتش‌سوزی باتری خودروهای برقی دشوار است، زیرا باتری‌ها یک واحد واحد نیستند.
در عوض، از تعداد زیادی سلول منفرد تشکیل شده است که در کنار هم قرار گرفته‌اند. مانند یک فرار حرارتی، آتش‌سوزی که در یک سلول از یک واکنش شیمیایی شروع می‌شود، به سرعت گرمای شدید خود را به سلول‌های مجاور گسترش می‌دهد تا زمانی که کل باتری را فرا بگیرد.
کلکتور‌های جدید فعلی، فویل‌های فلزی مرسوم را با فیلم‌های پلیمری که از دو طرف با لایه‌های نازک آلومینیوم یا مس پوشیده شده‌اند، جایگزین می‌کنند.
این تغییر به ظاهر کوچک مزایای بزرگی را به همراه دارد. اولاً، وزن جمع‌کننده جریان را کاهش می‌دهد و منجر به چگالی انرژی بالاتر در سلول باتری می‌شود. قدرت بیشتر، حجم کمتر.
اما مهمتر از آن، این موضوع برای ایمنی کلیدی است. اگر اتصال کوتاه رخ دهد، زیرلایه پلیمری به سادگی ذوب می‌شود و فوراً مسیر جریان را قطع می‌کند.
این کار از تجمع گرما جلوگیری می‌کند و مستقیماً از فرار حرارتی خطرناک جلوگیری می‌کند. این یک فیوز ایمنی یکپارچه درون باتری است.
شرکت فرانهوفر اف‌ای‌پی (Fraunhofer FEP) با استفاده از تبخیر پرتو الکترونی، فرآیند رول به رول را برای اعمال دقیق این پوشش‌های فلزی تکمیل کرد.
کلاوس لوبر، مدیر فنی پروژه، گفت: «چالش این بود که لایه‌های پلیمری و فرآیند پوشش‌دهی را به گونه‌ای طراحی کنیم که ضخامت کلکتور فعلی با لایه‌های فلزی فعلی قابل مقایسه باشد و لایه فلزی رسانایی الکتریکی بهینه داشته باشد.»
و آنها این کار را کردند!
باتری‌های ایمن‌تر آینده
این روش، پوشش‌های دو طرفه از مس و آلومینیوم را روی فیلم‌های پلیمری رسوب داد که هر لایه تا ضخامت ۱ میکرومتر داشت.
برای هر دو فلز، این فرآیند منجر به فیلم‌های فشرده و بدون چروک شد که آنها را برای ادغام در تولید باتری ایده‌آل می‌کند.
اثبات این ادعا در عملکرد آن است. این جمع‌کننده‌های جریان جدید فلز-پلیمر توسط شریک پروژه، TU Braunschweig، در سلول‌های کیسه‌ای ادغام شدند.
محققان خاطرنشان کردند: این سلول‌ها از نظر خواص الکتروشیمیایی مورد آزمایش قرار گرفته و با سلول‌های مرجع مرسوم مقایسه شده‌اند.
در این بیانیه مطبوعاتی آمده است: در این آزمایش‌ها، سلول‌های دارای جمع‌کننده‌های جریان فلز-پلیمر، از نظر عملکرد و پایداری چرخه در نرخ‌های شارژ و دشارژ مختلف، عملکردی مشابه سلول‌های مرجع داشتند.
این تیم اظهار داشت که این قطعات جدید باتری فلز روی پلیمر را می‌توان با استفاده از روش جدید رول به رول در مقیاس بزرگتر ساخت.
این قطعات جدید می‌توانند به باتری‌ها کمک کنند تا نسبت به اندازه‌شان، انرژی بیشتری را در خود نگه دارند، که به معنای عمر طولانی‌تر تلفن‌ها یا خودروهای برقی با برد بیشتر است.
اگر مشکلی باعث اتصال کوتاه باتری شود، این کلکتور‌های جدید طوری طراحی شده‌اند که از گرمای بیش از حد خطرناک و آتش‌سوزی‌های احتمالی جلوگیری کنند.
این پیشرفت، پایه و اساس محکمی را برای سازندگان باتری فراهم می‌کند تا نسل بعدی باتری‌های لیتیوم-یونی بهبود یافته را توسعه دهند.