مواد 100 برابر نازک‌تر از مو ال جی خطر انفجار باتری در خودروهای برقی را 50% کاهش می‌دهد

ال جی کم ماده جدیدی توسعه داده است که می‌تواند خطر فرار حرارتی در باتری‌های لیتیوم-یونی را از بین ببرد. این پیشرفت می‌تواند ایمنی خودروهای برقی (EV)، گوشی‌های هوشمند و دستگاه‌های مختلف دیگری که به این نوع باتری‌ها متکی هستند، بهبود بخشد.

فرار حرارتی به عنوان یک چالش عمده برای صنعت محسوب می‌شود. این واکنش زنجیره‌ای می‌تواند منجر به آتش‌سوزی و انفجار در باتری‌های لیتیوم-یونی شود.

“فرار حرارتی هنگامی رخ می‌دهد که کاتد و آند داخل باتری به طور ناخواسته به تماس مستقیم بیایند و باعث اتصال کوتاه و تولید حرارت شوند. در عرض چند ثانیه، دما می‌تواند به تقریباً ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد (۱۸۳۲ درجه فارنهایت) برسد,” در اطلاعیه مطبوعاتی شرکت آمده است.

برای مقابله با این مشکل، ال جی کم ماده‌ای با واکنش دمایی به نام Safety Reinforced Layer (SRL) معرفی کرده است.

“ماده مهار فرار حرارتی انتظار می‌رود که در پیشگیری از آتش‌سوزی کارآمد باشد از طریق بستن سریع مسیر واکنش در مراحل اولیه گرم شدن,” اشاره شده است.

یک راه‌حل با واکنش دمایی

راه‌حل ال جی کم یک ماده نازک با واکنش دمایی به نام Safety Reinforced Layer (SRL) است. این ماده فوق‌العاده نازک است و فقط ۱ میکرومتر ضخامت دارد – یعنی حدود یک صدوم ضخامت موی انسان. این لایه بین کاتد و جمع کننده جریان، یک فویل آلومینیومی که داخل باتری برق را هدایت می‌کند، قرار می‌گیرد.

SRL مانند یک فیوز هوشمند عمل می‌کند. در دماهای عملیاتی عادی، برق را به راحتی عبور می‌دهد. با این حال، اگر دمای باتری بیشتر از حد ایمن شود، SRL واکنش نشان می‌دهد.

“وقتی دمای باتری بیشتر از محدوده عادی شود، بین ۹۰ درجه سانتیگراد و ۱۳۰ درجه سانتیگراد، ماده به گرما واکنش نشان می‌دهد و ساختار مولکولی خود را تغییر می‌دهد و جریان را موثرانه مهار می‌کند},” تیم تحقیقاتی توضیح دادند. این فرآیند فرار حرارتی را در همان مراحل اولیه متوقف می‌کند.

علاوه بر این، SRL به سرعت به تغییرات دما واکنش نشان می‌دهد.

“این ماده مهار فرار حرارتی به دما بسیار حساس است و مقاومت الکتریکی آن با هر ۱ درجه سانتیگراد (۳۳.۸ درجه فارنهایت) افزایش دما ۵۰۰۰ اهم (Ω) افزایش می‌یابد. حداکثر مقاومت ماده بیش از ۱۰۰۰ برابر بیشتر از دماهای عادی است,” در اطلاعیه مطبوعاتی اشاره شده است.

علاوه بر این، ماده برگشت‌پذیر است. هنگامی که دما کاهش یابد، مقاومت به حالت نرمال بازمی‌گردد و باتری مانند معمول عمل می‌کند.

آزمون اثربخشی SRL

برای نشان دادن اثربخشی SRL، ال جی کم آزمایش‌های گسترده‌ای را انجام داد. در آزمون نفوذ میخ بر روی باتری‌های لیتیوم کبالت اکسید (LCO) موبایل، هیچ یک از باتری‌های مجهز به SRL آتش نگرفتند.

این در مقایسه با باتری‌های عادی است که تنها 16% در همان آزمون بدون آتش ماندند.

در آزمون‌های ضربه‌ای، جایی که یک وزنه ۱۰ کیلوگرمی بر روی باتری‌های نیکل کبالت منگنز (NCM) برای خودروهای برقی انداخته شد، همه باتری‌های عادی آتش گرفتند، اما 70% از آنهایی که SRL داشتند، بی‌آتش بودند، و حتی آن 30% که آتش گرفتند تنها شعله‌های کوتاهی داشتند که سریعاً خاموش شدند.

“آزمایش ضربه بر روی سلول‌های پاکتی 3.4-Ah نشان می‌دهد که SRL کاهش انفجار باتری از 63% به 10% می‌دهد,” محققان ال جی کم در مقاله خود گزارش دادند.

همکاری و توسعه

توسعه SRL نتیجه همکاری تیم پژوهشی فن‌آوری پلتفرم ال جی کم و تیم پروفسور لی میناه از دپارتمان مهندسی باتری در POSTECH است. LG Energy Solution، شاخه باتری‌سازی ال جی کم، نیز در فرآیند تایید ایمنی همکاری داشته است.

بر اساس گفته‌های ال جی کم، SRL به محدودیت‌های روش‌های پیشگیری از فرار حرارتی پیشین که اغلب زمان واکنش را کندتر می‌کردند یا چگالی انرژی باتری را کاهش می‌دادند، غلبه می‌کند.

SRL به راحتی می‌تواند در فرآیندهای تولید انبوه موجود یکپارچه شود. محققان قبلاً تولید رول به رول SRL روی جمع‌کننده‌های جریان را با نرخ چشمگیر ۵ کیلومتر در روز نشان داده‌اند.

“این یک دستاورد پژوهشی ملموس است که می‌تواند در مدت زمان کوتاهی به تولید انبوه اعمال شود,” لی جونگ-کو، مدیر فناوری ال جی کم، اعلام کرد. “ما فن‌آوری ایمنی را افزایش خواهیم داد تا مشتریان بتوانند با اطمینان از خودروهای برقی استفاده کنند و به تقویت رقابت‌پذیری ما در بازار باتری کمک کنیم.”

ال جی کم آزمون‌های تایید ایمنی SRL در باتری‌های موبایل را تکمیل کرده و قصد دارد آزمون‌ها را برای باتری‌های خودروهای برقی با ظرفیت بزرگتر در سال آینده ادامه دهد.