Inżynierowie pracujący w LG Chem opublikowali ciekawą pracę naukową. Otóż opracowali oni materiał, który jako separator elektrod zwiększa swą rezystancję w przypadku wzrostu temperatury i zmniejsza ją, gdy temperatura spada. Pozwala to na zabezpieczenie ogniwa przed (samo)zapłonem w przypadku uszkodzenia w poważnym zdarzeniu komunikacyjnym. Według ich badań nowy materiał obniża do zera prawdopodobieństwo zapłonu ogniw Li-ion z katodami nikiel-kobalt-mangan, które zostały zmiażdżone lub nakłute.
Materiał, który od środka gasi uszkodzone ogniwa Li-ion
Ogniwa Li-ion jako takie są bezpieczne, bo ludzie uhonorowani Nagrodą Nobla z chemii w 2019 roku poświęcili kilkanaście lat pracy w XX wieku, żeby je ustabilizować. Wcześniej nie tylko szybko degradowały, ale też zdarzało im się zakończyć żywot efektownymi fajerwerkami. Dziś nosimy je tuż przy ciele (telefony – tętnica udowa, słuchawki – oczy, twarz, mózg, laptopy – kręgosłup, nerki itd.), bo wiemy, że w ostatnich kilkudziesięciu latach zrobiono wszystko, żeby baterie Li-ion zachowywały się w przewidywalny sposób.
Ale elektryki to dla ogniw Li-ion stosunkowo nowy świat. Baterie podczas wypadków komunikacyjnych mogą zostać przekłute, zmiażdżone, podpalone, rozprute – w przypadku przenośnej elektroniki do takich sytuacji dochodzi niezwykle rzadko, w samochodach po prostu działają na tyle duże siły, że nie oprą im się nawet powłoki z tytanu czy ultrawytrzymałej stali. Naładowane do pełna ORAZ przebite ogniwo Li-ion z katodami opartymi na niklu to niemal pewne płomienie.
LG Chem mówi wprost: [naładowane] ogniwo Li-ion, na które zrzucono 10-kilogramowy ciężar, zawsze („always”) się zapali, jeśli wykorzystuje katody zbudowane z użyciem niklu-kobaltu-manganu (NCM). Przy ogniwach LCO – katody oparte na tlenkach kobaltu, stosowane rzadziej, głównie w autobusach – do zapłonu dochodziło w 84 procent przypadków.
Przekłute ogniwo Li-ion. Ogniwa wysokoniklowe naładowane pod korek praktycznie zawsze ulegają zapłonowi (c) LG Chem
LG Chem (firma-matka LG Energy Solution) opracowała separator, który aplikowany jest między katodę a metalowy kolektor ładunku w postaci warstwy o grubości 1 mikrometra (0,001 mm). Gdy temperatury przekraczają przedział 90-130 stopni Celsjusza, zwiększa on on swój opór tysiące razy, utrudnia odpływ ładunku, co hamuje przepływ jonów między elektrodami i skutecznie „gasi” ogniwo. Gdy temperatura spadnie, separator wraca do swych pierwotnych własności. Użyty w ogniwach LCO zmniejsza prawdopodobieństwo zapłonu do 0 procent. W ogniwach Li-NCM ogień pojawiał się w 30 procent przypadków, jednak szybko gasł. Naukowcy stwierdzili wręcz, że nowy separator obniża do zera ryzyko pożaru.
Technologia ma trafić do testów na ogniwach stosowanych w bateriach samochodów w 2025 roku.
Resztki Mercedesa EQE, który zapalił się w Korei Południowej (c) KED Global
Nota od redakcji Elektrowozu: warto dodać, że w samochodach elektrycznych stosowane są zarówno ogniwa Li-NCM, które znamy choćby z telefonów i laptopów, jak też LFP/LiFePO4, z którymi w elektronice domowej raczej nie mamy do czynienia. Ogniwa LFP mają wyższą odporność na uszkodzenia, nakłucia, zmiażdżenia, ich prawdopodobieństwo zapłonu jest niższe.