バッテリーを使用すると、致命的で高価なバッテリー火災のリスクを軽減できる可能性があります

で 新しく発表された研究, では、自己消火性の充電式バッテリーの設計について説明します。これは、最も一般的に使用される可燃性の高い電解質（リチウム塩と有機溶媒から構成される媒体）を、市販の消火器に使用されている材料に置き換えます。

電解質は、電荷を運ぶリチウムイオンがリチウムイオン電池の正極端子と負極端子の間のセパレータを横切って移動できるようにします。手頃な価格の市販の冷却剤をバッテリーの電解液として機能するように改良することで、自らの火災を消すバッテリーを製造することができました。

当社の電解液は、約華氏マイナス 100 ～ 175 度 (摂氏マイナス 75 ～ 80 度) の広い温度範囲で良好に機能しました。この電解液を使用して研究室で製造されたバッテリーは、バッテリーから熱を非常によく逃がし、内部火災を効果的に消火しました。

これらの電池に対して、リチウムイオン電池の安全性を評価する一般的な方法である釘刺し試験を実施しました。運転する 充電されたバッテリーを通したステンレス鋼の釘 内部短絡をシミュレートします。バッテリーが発火した場合、テストは不合格になります。充電したバッテリーに釘を打ち込んだところ、発火することなく衝撃に耐えました。

なぜそれが重要なのか

本質的に、バッテリーの温度は充電および放電中に変化します。 内部抵抗 – バッテリー内のリチウムイオンの流れに対する抵抗。 高い屋外温度 またはバッテリーパック内の温度が不均一であると、バッテリーの安全性と耐久性が著しく脅かされます。

電子機器や電気自動車で広く使用されているリチウムイオン電池など、エネルギー密度の高い電池には、可燃性の高い有機分子が大半を占める電解質配合物が含まれています。これにより、次のようなリスクが悪化します。 熱暴走 – バッテリー内の過剰な熱により望ましくない化学反応が加速され、より多くの熱が放出され、さらなる反応が引き起こされる制御不能なプロセス。バッテリー内部の温度は1秒間に数百度上昇する可能性があり、 火災または爆発を引き起こす.

リチウムイオン電池の充電が早すぎると、別の安全上の懸念が生じます。これにより化学反応が引き起こされ、バッテリーのアノード（マイナス電荷を帯びた電極）上にデンドライトと呼ばれる非常に鋭いリチウムの針が生成されることがあります。最終的に、針はセパレーターを貫通してもう一方の電極に到達し、バッテリーが内部で短絡し、過熱につながります。

研究する科学者として エネルギー生成, 保存と変換, 、私たちはエネルギー密度が高く安全なバッテリーの開発に強い関心を持っています。可燃性電解液を難燃性電解液に置き換えることにより、リチウムイオン電池をより安全にする可能性があり、過熱や熱暴走の固有のリスクを軽減する長期的な改善のための時間を稼ぐことができます。

私たちがどのように仕事をしたか

私たちは、不燃性で、バッテリーパックから容易に熱を逃がし、広い温度範囲で機能し、非常に耐久性があり、あらゆるバッテリー化学反応に適合する電解質を開発したいと考えていました。しかし、ほとんどの既知の不燃性有機溶剤にはフッ素とリンが含まれており、これらは高価であり、有害な可能性があります。 有害な影響 環境について.

代わりに、消火器、電子テスト、清掃用途ですでに広く使用されている手頃な価格の市販の冷却剤を、バッテリーの電解液として機能できるように適応させることに重点を置きました。

私たちは、成熟した、安全で手頃な価格の商用液体に焦点を当てました。 ノベック 7300, 毒性が低く、不燃性で地球温暖化に寄与しません。この液体を耐久性を高める他のいくつかの化学物質と組み合わせることで、私たちが求めていた機能を備えた電解質を製造することができ、バッテリーの容量を大幅に失うことなく 1 年間にわたって充電および放電できるようになりました。

まだ知られていないこと

アルカリ金属であるリチウムは地球の地殻には乏しいため、カリウムやナトリウムなど、他のより豊富なアルカリ金属イオンを使用する電池がどの程度優れているかを調査することが重要です。このため、私たちの研究は主に自己消火性カリウムイオン電池に焦点を当てましたが、当社の電解液が自己消火性リチウムイオン電池の製造に適していることも示しました。

当社の電解液が開発中の他の種類の電池でも同様に機能するかどうかはまだわかりません。 ナトリウムイオン、アルミニウムイオン そして 亜鉛イオン 電池。私たちの目標は、イオンの種類に関係なく、実用的で環境に優しく持続可能な電池を開発することです。

ただし、現時点では、当社の代替電解液は現在使用されている電解液と同様の物理的特性を備えているため、現在の電池生産ラインに容易に統合できます。業界がこれを受け入れれば、企業は既存のリチウムイオン電池設備を使用して不燃性電池を製造できるようになるだろうと私たちは期待しています。

の 研究概要 興味深い学術研究を短くまとめたものです。