배터리는 치명적이고 비용이 많이 드는 배터리 화재의 위험을 줄일 수 있습니다.

에서 새로 발표된 연구, 우리는 자기 소화 충전식 배터리에 대한 설계를 설명합니다.이는 가장 일반적으로 사용되는 가연성이 높은 전해질(리튬염과 유기 용매로 구성된 매체)을 상업용 소화기에 사용되는 재료로 대체합니다.

전해질은 전하를 운반하는 리튬 이온이 리튬 이온 배터리의 양극 단자와 음극 단자 사이의 분리막을 가로질러 이동할 수 있도록 해줍니다.저렴한 상용 냉각수를 배터리 전해질로 사용하도록 개조함으로써 스스로 불을 끄는 배터리를 생산할 수 있었습니다.

우리의 전해질은 화씨 영하 100도에서 175도(섭씨 영하 75도에서 80도)까지 넓은 온도 범위에서 잘 작동했습니다.이 전해질을 사용하여 연구실에서 생산한 배터리는 배터리의 열을 매우 잘 전달하여 내부 화재를 효과적으로 진압했습니다.

우리는 이러한 배터리에 대해 리튬 이온 배터리 안전성을 평가하는 일반적인 방법인 못 관통 테스트를 실시했습니다.운전 충전된 배터리를 통한 스테인레스 스틸 못 내부 단락을 시뮬레이션합니다.배터리에 불이 붙으면 테스트에 실패한 것입니다.충전된 배터리에 못을 박았을 때 불이 붙지 않고 충격을 견뎌냈습니다.

왜 중요한가요?

본질적으로 배터리의 온도는 충전과 방전에 따라 변합니다. 내부저항 – 배터리 내부의 리튬 이온 흐름에 대한 반대. 높은 실외 온도 배터리 팩 내부의 온도가 고르지 않으면 배터리의 안전성과 내구성이 심각하게 위협됩니다.

전자 제품 및 전기 자동차에 널리 사용되는 리튬 이온 배터리와 같은 에너지 밀도가 높은 배터리에는 가연성이 높은 유기 분자가 주를 이루는 전해질 제제가 포함되어 있습니다.이는 다음의 위험을 악화시킵니다. 열 폭주 – 배터리 내부의 과도한 열이 원치 않는 화학 반응을 가속화하여 더 많은 열을 방출하고 추가 반응을 유발하는 제어할 수 없는 과정입니다.배터리 내부 온도는 1초에 수백도씩 올라갈 수 있으며, 화재나 폭발을 일으키다.

리튬 이온 배터리를 너무 빨리 충전하면 또 다른 안전 문제가 발생합니다.이는 배터리 양극(음전하를 띠는 전극)에 수상돌기라고 불리는 매우 날카로운 리튬 바늘을 생성하는 화학 반응을 일으킬 수 있습니다.결국 바늘은 분리막을 관통해 다른 전극에 도달해 배터리 내부를 단락시켜 과열로 이어진다.

과학자들이 공부하면서 에너지 생성, 저장 및 변환, 우리는 에너지 밀도가 높고 안전한 배터리 개발에 큰 관심을 가지고 있습니다.가연성 전해질을 난연성 전해질로 교체하면 리튬 이온 배터리를 더욱 안전하게 만들 수 있으며 과열 및 열폭주에 대한 고유한 위험을 줄이는 장기적인 개선을 위한 시간을 벌 수 있습니다.

우리가 일을 한 방법

우리는 불연성이고, 배터리 팩에서 열을 쉽게 전달하고, 넓은 온도 범위에서 작동할 수 있고, 내구성이 뛰어나며, 모든 배터리 화학 물질과 호환되는 전해질을 개발하고 싶었습니다.그러나 대부분의 알려진 불연성 유기용매에는 불소와 인이 함유되어 있어 가격이 비싸고 해로운 영향 환경에.

대신, 우리는 이미 소화기, 전자 테스트 및 세척 응용 분야에 널리 사용되는 저렴한 상업용 냉각수를 조정하여 배터리 전해질로 기능할 수 있도록 하는 데 중점을 두었습니다.

우리는 성숙하고 안전하며 저렴한 상업용 유체에 중점을 두었습니다. 노벡 7300, 독성이 낮고 불연성이며 지구 온난화에 기여하지 않습니다.이 유체를 내구성을 추가한 여러 가지 다른 화학 물질과 결합함으로써 우리는 우리가 추구하는 기능을 갖춘 전해질을 생산할 수 있었고 상당한 용량 손실 없이 1년 동안 배터리를 충전 및 방전할 수 있었습니다.

아직 알려지지 않은 것

알칼리 금속인 리튬은 지각에 부족하기 때문에 칼륨이나 나트륨과 같은 더 풍부한 다른 알칼리 금속 이온을 사용하는 배터리가 얼마나 잘 작동하는지 조사하는 것이 중요합니다.이러한 이유로 우리의 연구는 주로 자기소화성 칼륨이온 배터리에 초점을 맞추었지만, 우리의 전해질이 자기소화성 리튬이온 배터리를 만드는 데에도 잘 작동한다는 것도 보여주었습니다.

우리의 전해질이 다음과 같이 개발 중인 다른 유형의 배터리에서도 동일하게 잘 작동할 수 있는지는 아직 알 수 없습니다. 나트륨 이온, 알루미늄 이온 그리고 아연이온 배터리.우리의 목표는 이온 유형에 관계없이 실용적이고 환경 친화적이며 지속 가능한 배터리를 개발하는 것입니다.

그러나 현재로서는 대체 전해질이 현재 사용되는 전해질과 물리적 특성이 유사하기 때문에 현재 배터리 생산 라인에 쉽게 통합될 수 있습니다.업계가 이를 수용한다면 기업들은 기존 리튬이온 배터리 설비를 활용해 불연성 배터리를 생산할 수 있을 것으로 기대한다.

그만큼 연구 개요 흥미로운 학문적 연구에 대한 간략한 설명입니다.