Płyn, który staje się barierą. Jak polimeryzujący elektrolit chroni ogniwa sodowe
Zespół badawczy z Instytutu Fizyki Chińskiej Akademii Nauk dokonał postępu w dziedzinie bezpieczeństwa ogniw sodowo-jonowych. Naukowcy pod kierunkiem prof. Hu Yongshenga opracowali niepalny, polimeryzujący elektrolit (PNE). Jak wynika z publikacji w prestiżowym czasopiśmie Nature Energy, technologia ta pozwoliła na stworzenie pierwszej na świecie baterii sodowej klasy amperogodzinowej o zerowej ucieczce termicznej. Rozwiązanie to eliminuje ryzyko pożaru i eksplozji, które dotychczas hamowało komercjalizację technologii sodowej.
Jak działa mechanizm PNE?
Przełom polega na przejściu od pasywnej ochrony przeciwpożarowej do aktywnego blokowania ciepła. Nowy system elektrolitu PNE opiera się na trzech mechanizmach obronnych:
- Absorpcja ciepła – elektrolit został zaprojektowany tak, aby pochłaniać energię we wczesnej fazie przegrzewania. Neutralizuje to reakcje egzotermiczne napędzające awarię.
- Polimeryzacja in situ – po przekroczeniu temperatury 150°C ciekły elektrolit zmienia stan skupienia w ciało stałe. Tworzy on sieć polimerową, która zapobiega topnieniu separatora i zwarciom wewnętrznym.
- Ochrona elektrod – system dwóch soli tworzy warstwy ochronne na katodzie i anodzie. Utrzymują one integralność strukturalną ogniwa przy wysokim napięciu i wydłużają jego żywotność.
Ekstremalne testy i wysoka wydajność
Baterie oparte na technologii PNE przeszły rygorystyczne próby bezpieczeństwa. Według danych opublikowanych w Nature Energy, ogniwa pomyślnie zaliczyły test przebicia gwoździem oraz test gorącego pudełka w temperaturze 300°C. Warto podkreślić, że poprawa bezpieczeństwa nie odbyła się kosztem parametrów użytkowych. Akumulatory zachowują stabilność przy napięciu powyżej 4,3 V i mogą pracować w szerokim zakresie temperatur: od -40°C do 60°C. Pozwala to zachować wysoką gęstość energii przy jednoczesnym zapewnieniu pełnej niezawodności.
Autorzy badania podkreślają, że nowy system elektrolitu wykorzystuje wyłącznie powszechnie dostępne surowce handlowe. Czyni to technologię opłacalną ekonomicznie i łatwą do skalowania w warunkach przemysłowych. „W przyszłości technologia ta dostarczy nowatorskich rozwiązań dla baterii o wysokiej gęstości energii i najwyższym poziomie bezpieczeństwa” – podano w komunikacie prasowym. Szczegóły odkrycia zawarto w artykule pt. „Thermal runaway-free ampere-hour-level Na-ion battery via polymerizable non-flammable electrolyte”.