عندما تستخدم البطاريات بشكل غير مناسب أو تحت نوعية رديئة ، فإنها تشتعل في بعض الأحيان أو تنفجر ، حيث يلتزم العلماء والشركات الناشئة ببناء بطاريات أكثر أمانًا ، وهم ملتزمون بتطوير واختبار المواد الجديدة ، على أمل حل المشاكل مرة واحدة وإلى الأبد. تحتوي الطرق على مشكلات يصعب حلها ، وقد يكون الحل الأكثر عملية هو الحل الأكثر تحفظًا.
هناك ثلاث خطوات رئيسية لتحسين سلامة البطارية: تتجنب البطارية المنحل بالكهرباء استخدام السوائل القابلة للاشتعال ؛ يجب أن تكون مكونات البطارية مقاومة للحريق ؛ تحسين وظائف السلامة الموجودة في البطارية ، هذه هي التغييرات البطيئة للبطارية.
من المهم للباحثين الفنيين أن يفهموا أساسيات تشغيل البطاريات وأسباب فشل البطارية ، ومن الواضح أن معظم الناس يتحدثون عن بطاريات أيونات الليثيوم ، وهي أكثر أنواع البطاريات شيوعاً ، لأن بطاريات الليثيوم يمكن أن توفر الكثير من الطاقة. ويجري تطوير بطاريات الماغنيسيوم (التي تفريغ ببطء شديد) وبطاريات الكبريت (لن تستمر طويلا) ، ولكن بطاريات الليثيوم أيون لا تزال هي السائدة في السوق.
تتكون بطاريات أيونات الليثيوم أساسًا من قطبين أو موصلين ، وتتحرك أيونات الليثيوم في المنحل بالكهرباء من جانب إلى آخر ، كما أن الإلكتروليت الموجود في البطارية مادة كيميائية سريعة الاشتعال.
هناك العديد من الأسباب المختلفة لانفجار البطارية أو الحريق ، وأكثرها شيوعًا هو أن الحرارة الزائدة أو سوء تصميم البطارية قد يتسبب في تفاعل الكهارل بطريقة تولد الحرارة ، حيث تتسبب هذه الظاهرة "الحرارية" في اشتعال البطارية أو انفجارها. يضع مصنعو البطاريات عادة فواصل بين قطبي البطارية لمنعهم من الاتصال ، وإذا فشل الحجاب الحاجز ، فسوف يشتعل أو ينفجر ، وهو ما يحدث مع بطاريات هواتف سامسونغ النقالة.
فكيف حل هذه المشكلة؟
اليوم، حل الترويجية لتطوير الحالة الصلبة بطارية ليثيوم أيون الفكرة بسيطة: لا تستخدم بالكهرباء السائل قابلة للاشتعال، بدلا من استخدام تصنيع المواد المنحل بالكهرباء الصلبة، هم أقل عرضة للانفجار أو تشتعل فيها النيران ولكن الليثيوم أيون بطاريات ليثيوم أيون الحالة الصلبة. أصعب من المادة الصلبة من خلال السائل، وهو ما يعني أنه من الصعب تصميم بطاريات الحالة الصلبة، ومكلفة، وربما تكون هناك مشكلات في الأداء.
هناك ثلاث مواد إنتاج بطارية ليثيوم الدولة الرئيسية. المواد الولايات المتحدة عالم جامعة تافتس، المواد الصلبة مؤسس شركة يثيوم أيون البطارية الأيونية مايكل زيمرمان أوضح، قد يكون السيراميك والزجاج أو بالكهرباء البوليمر الإنتاج.
تتميز السيراميك والزجاج بخصائص هشة ويمكن أن تنكسر بسهولة بمجرد تطبيق الضغط ، ويقول زيمرمان إن السيراميك والزجاج يصعب إنتاجهما لأن الناس يحتاجون إلى الكثير من البطاريات ، مما يجعل من غير العملي استخدام هذه المواد بكميات كبيرة. عملية هذه المواد في بعض الأحيان تطلق غازات سامة.
مادة أخرى هي البوليمرات ، حيث يمكن لبعض البوليمرات إجراء أيونات ، ولكن عادة ما تعمل فقط عند درجات حرارة عالية للغاية ، وقد طور فريق زيمرمان بوليمرًا يدير أيونات في درجة حرارة الغرفة ولكنه أيضًا مثبط للهب. في فيديو ، يشرحون كيفية قطعها إلى أجزاء دون أن تشتعل فيها النيران.
الآن ، تعمل Ionic Materials مع مصنعي البطاريات الذين يحتاجون إلى تغيير الطريقة التي يصنعون بها البطاريات لتتناسب مع البوليمرات الجديدة ، ويقول Zimmerman إنه يأمل في إطلاق البطارية في السنتين أو الثلاث المقبلة.
لا يبدو أن سنتين أو ثلاث سنوات طويلة ، ولكن هناك بعض الناس الذين لا يستطيعون الانتظار لهذه الصناعة. '' وعد بعض المصنعين أن بطاريات الليثيوم أيون الصلبة ستدخل السوق خلال العامين أو الثلاثة المقبلة ؛ في السنوات الأخيرة ، كان المستثمرون يستخدمون تكنولوجيا بطاريات الليثيوم الصلبة. وقال إيان مكليني ، المحلل في Navigant Research ، وهو معهد أبحاث متخصص في أبحاث البطارية ، إن التقدم يزداد بفارغ الصبر.
وقال ماكليني إن بعض مصنعي السيارات الكهربائية قالوا إنهم حققوا اختراقات في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون الصلبة.
لكن ماكلن يعتقد أن جميع بطاريات الليثيوم أيون ذات الحالة الصلبة ليست منتجة تجاريا.
هو الدافع والمحرك الرئيسي للابتكار السيارات الكهربائية البطارية، والآن، عمل معظم بطارية ليثيوم أيون الحالة الصلبة قد تستمر لعام ونصف العام، وهذا قد يكون مقبولا للهواتف النقالة، ولكن للسيارات الكهربائية باهظة الثمن، وهو ما يقرب من هذا غير ممكن.
وقال SURYA Moganty NOHM تقنيات الرئيس التنفيذي للتكنولوجيا استراتيجية أخرى تتمثل في السعي أكثر أمانا بالكهرباء البطارية نفسها لديها مقاومة للحريق، على الرغم من أنه لا يزال السائل. واستخدم الباحثون "الأيونية الصلبة" بالكهرباء تنمية، وهو مماثل لمادة الملح، ولكن هو سائل في درجة حرارة الغرفة.
إن جعل هذه المادة في المنحل بالكهرباء يجعلها مثبطة للهب ، ولكن قد يكون هناك أيضًا مشكلات في عمر البطارية ، حيث تعمل NOHM على تحسين الصيغة بحيث يمكن للبطاريات التي تستخدم تقنية الاتصال أن تستمر حتى 500 دورة شحن وتفريغ وتعمل أيضًا مع الشركات المصنعة. رخصة مشابهة للحصول على هذه التقنية ، مشكلة مشابهة ابتليت بالباحثين ، الذين طوروا بطارية مائية في العام الماضي وهي آمنة ، ويمكن أن يصل جهد الخلية إلى 4 فولت ، وهو نفس الجهد الكهربي العضوي ، ولكن الشحنة تبلغ دورة التفريغ حوالي 70 فقط. كما أشار موجانتي ، يأمل مصنعو البطاريات أن تستمر هذه البطارية لما لا يقل عن 500 دورة شحن وتفريغ.
وقال موجانتي إنه من بين هذه التقنيات المثيرة ، لا يبدو أن هناك تقنية ناضجة.
الآن ، قد لا تأتي الإستراتيجية الأكثر فاعلية من التغييرات التكنولوجية الرئيسية أو إعادة اختراع بطاريات جديدة ، وهي بطارية تحسن من الميزات الموجودة ، على سبيل المثال ، بطارية تحتوي بالفعل على نظام إدارة البطارية ، وهو نظام يراقب تشغيل البطارية. البرنامج ، يمكنه اكتشاف ما إذا كانت هناك مشكلة في البطارية.
وقال ماكليني: "القدرة على تحديد بطاريات غير متوافقة يمكن أن يطيل عمر البطارية."
ويشبه هذا النهج الذي اتبعته شركة أمانوس التي تتخذ من سان دييغو مقراً لها ، وهي شركة انفصلت عن شركة بطاريات أميريكان الليثيوم إنرجي ، التي استخدمت أبحاثها لإنتاج بطاريات مقاومة للحريق للجيش الأمريكي.
قال بيل دافيدسون ، مدير التشغيل الرئيسي للشركة ، إن اسم التكنولوجيا الخاص بهم هو SafeCore ، خط الدفاع الأخير لسلامة البطارية ، ولا تغير تقنية SafeCore مكونات البطارية نفسها ، ولكنها تستخدم فقط طبقة من العزل داخل البطارية ، والتي يمكن سدها قبل الحريق عندما تنفجر بواسطة جهد مفرط أو مرتفع جداً ، فإن هذه الطبقة من مادة العزل ستقطع الاتصال بين أقطاب البطارية وتنظم التيار من خلال البطارية.
على الرغم من أن انفجار البطارية قد جذب الكثير من الاهتمام ، تمامًا مثل هاتف Galaxy Note 7 من سامسونج ، ولكن من الناحية الإحصائية ، فإن بطارية اليوم أكثر أمانًا مما كانت عليه في الماضي.
وفيما يتعلق بالأمن ، فإن الحل الأبسط ليس بالضرورة هو التكنولوجيا ، ولكن البنية ، فالخبراء الفنيين يقولون إنه من الناحية النظرية ، وصلت بطاريات أيونات الليثيوم إلى 90٪ من عمر البطارية الأقصى ، ويلتزم العديد من المصنعين بالتطوير الأسرع. ، بطارية أكثر قوة.
وقال ماكليني إنه إذا تبنت الشركات تحسينات تدريجية بدلاً من إيجاد حل سريع لزيادة الطاقة وكثافة الطاقة ، فقد تكون البطاريات التي تنتجها أكثر استدامة.
