Plastbatteriet, der ikke eksploderer

Plastbatteriet, der ikke eksploderer

Ionic Materials' ikke-brændbare lithiummetalbatteri, som vist i NOVAs 'Search for the Super Battery.' Kredit: NOVA

Lithium-ion-batterier har været synderne bag en række forbrændingsenheder. de har forårsaget hoverboard brande , Samsung Galaxy Note 7 smartphone eksplosioner , og senest en større tilbagekaldelse af bærbare HP-computere . Det, der gør disse batterier så flygtige, er en meget brandfarlig væske kaldet en flydende elektrolyt.

'Du kan tænke på det som petroleum - som om du går rundt med petroleum i din smartphone, i din pung og i lommen,' siger Mike Zimmerman, professor i materialevidenskab ved Tufts University, og grundlægger og administrerende direktør for batteriet Selskab, Ioniske materialer .



Zimmerman har udviklet en mere sikker elektrolyt - specifikt en solid-state, plastikelektrolyt - der ikke udgør en brændende risiko. Han og et team af ingeniører og videnskabsmænd hos Ionic Materials, baseret i Woburn, Massachusetts, har sat konceptet på prøve ved at bygge det første succesrige plastikelektrolytbatteri, der kan arbejde ved stuetemperatur.

Det allestedsnærværende lithium-ion-batteri har eksisteret siden 1991. I løbet af årtierne har forskere kæmpet med tre irriterende problemer: Disse batterier er eksplosive, dyre og har begrænset energikapacitet. I en seneste segment på Videnskabsfredag , David Pogue, teknologijournalist og vært for NOVA-dokumentaren ' Søg efter superbatteriet ,” diskuterede forskellige muligheder, der kunne erstatte lithium-ion-batteriet, fra saltvandsbatterier til isbatterier. Han konkluderede, at Ionic Materials' plastikbatteri var et af de mest lovende.



Et batteri er lavet af tre primære komponenter: en positiv og negativ elektrode, kendt som katoden og anoden, som er adskilt af en kemisk barriere kaldet elektrolytten. Elektrolytten er som en motorvej for ioner, forklarer Zimmerman - den tillader dem at flyde mellem anoden og katoden.

Der er forskellige måder, lithium-ion-batterier kan forbrænde . For eksempel kan overopladning såvel som kontakt mellem anoden og katoden - måske på grund af en fabrikationsfejl - forårsage en elektrisk kortslutning.

'Når du bliver kort, bliver tingene varmere,' siger Zimmerman. 'Når [den flydende elektrolyt] når en bestemt temperatur, begynder den bare at brænde.'

Ifølge Zimmerman har forskere eksperimenteret med to typer faste stoffer for at erstatte den flydende elektrolyt: keramik og plast. Han fandt ud af, at keramik var skørt og vanskeligt at lave i stor skala, mens tidligere plastikprototyper kunne lede ioner, men kun ved meget høje temperaturer.

Zimmermans team hos Ionic Materials udviklede en plastisk polymerelektrolyt, der kunne tillade strømning af ioner ved stuetemperatur. Det fungerer på samme måde som den flydende elektrolyt, forklarer Zimmerman, men plastikken er flammehæmmende, så der er ingen mulighed for, at batteriet eksploderer.

Pogue demonstrerede sin sikkerhed ved at hugge et af plastikbatterierne - som i dette tilfælde var meget tynde - op med en saks, mens den forsynede et panel af LED-lys. Til Pogues stor lettelse var der ingen flammeudbrud. Mens han fortsatte med at skære væk, forblev LED-lysene overraskende oplyst.

'Det var en utilsigtet konsekvens,' siger Zimmerman. 'Vi forsøgte at gøre det sikkert. Vi fokuserede ikke rigtig på at få det til at fungere, efter at det blev beskadiget.'

Batteriet, som Pogue sænkede, virkede stadig, fordi det har en høj energitæthed, takket være inkorporeringen af ​​en lithiummetalanode. Batterier lavet med lithiummetal kan lagre dobbelt så meget energi pr. volumen end lithium-ion-batterier, ifølge Zimmerman, men de ville være meget farligere, hvis de bruges sammen med en flydende elektrolyt. Plast eliminerer problemet.

'Jeg bruger min smartphone meget, og klokken fire om eftermiddagen skal jeg genoplade mit batteri,' siger Zimmerman. 'Hvis vi er i stand til at bruge vores plastik og sætte i højere energianoder, kan telefonen holde to eller tre gange længere, før du skal lade den op igen.'

Zimmerman håber, at vi vil se enheder understøttet af Ionic Materials' plastikbatteri om to eller tre år. I øjeblikket arbejder virksomheden på at cementere forretningspartnere og navigere i udfordringerne ved højvolumenfremstilling i en industri, der stort set er blevet vant til at producere lithium-ion-batterier. Hans plan er først at introducere batteriet i smartphones og forbrugerelektronik og i sidste ende udvide til elektriske køretøjer.

'Vi vil have et sikkert batteri, der kan afgive mere kapacitet - mere energi - så folk kan få meget mere rækkevidde pr. opladning' i deres elektriske køretøjer, siger han.