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Batterie agli ioni di litio che non esplodono
Un nuovo materiale polimerico potrebbe prevenire il tipo di esplosione della batteria che ha portato ai massicci richiami di batterie per laptop agli ioni di litio dell'anno scorso. (Vedi Batterie agli ioni di litio più sicure .) Rendendo queste batterie più sicure, il nuovo materiale potrebbe aiutare a spianare la strada all'uso diffuso di batterie agli ioni di litio nei veicoli ibridi ed elettrici.
Risparmio batteria: Strisce di questa sottile pellicola bianca potrebbero essere la chiave per prevenire incendi della batteria del tipo che ha costretto il ritiro di milioni di batterie l'anno scorso. Il materiale, che separa gli elettrodi all'interno di una batteria, cambia struttura per evitare il surriscaldamento.
Le batterie agli ioni di litio sono utilizzate nei laptop perché sono piccole e leggere rispetto alle alternative. Nelle automobili potrebbero sostituire le batterie all'idruro di nichel metallico utilizzate ora negli ibridi, risparmiando spazio e migliorando il risparmio di carburante riducendo il peso. Ma finora non sono stati ampiamente utilizzati nelle auto, in parte a causa di problemi di sicurezza. (Vedi Le auto elettriche agli ioni di litio sono sicure? )
Le batterie possono esplodere e prendere fuoco quando si surriscaldano, a causa del sovraccarico o del contatto degli elettrodi all'interno della batteria, causando un cortocircuito. Mentre un incendio di un laptop può essere pericoloso, le batterie per tali dispositivi coinvolgono solo poche celle. Un incendio causato da migliaia di celle in un pacco batteria per auto potrebbe essere molto peggio.
L'anno scorso, milioni di laptop sono stati richiamati da importanti aziende come Apple e Dell perché particelle metalliche sono state accidentalmente incorporate nelle celle della batteria durante la produzione. In rari casi, queste particelle potrebbero penetrare in un foglio di plastica chiamato separatore che normalmente impedisce il contatto tra gli elettrodi positivo e negativo all'interno di una cella. Un tale evento può generare calore, che può causare un'ulteriore rottura del separatore, con conseguente ulteriore cortocircuito e maggiore riscaldamento. A temperature sufficientemente elevate, i materiali degli elettrodi si decompongono, rilasciando ossigeno e provocando un riscaldamento più rapido e, infine, un'esplosione e un incendio.
Ricercatori presso Mostra chimica , un affiliato di ExxonMobil Chimica con sede a Tokyo, in Giappone, hanno sviluppato un nuovo separatore che svolge un ruolo attivo nel mantenere le batterie dal surriscaldamento. Il materiale potrebbe consentire di rallentare le reazioni, consentendo alla batteria di raffreddarsi invece di prendere fuoco, afferma Pietro Roth , program manager per lo sviluppo di tecnologie avanzate presso Laboratori Nazionali Sandia , ad Albuquerque, NM. Sandia sta ora testando le caratteristiche di sicurezza del nuovo separatore.
I separatori sono materiali elettricamente isolanti che sono stati progettati per avere pori che consentono agli ioni di litio di spostarsi avanti e indietro tra gli elettrodi di una batteria mentre la batteria viene caricata e scaricata. Una nuova generazione di separatori è progettata per ammorbidire quando raggiungono una certa temperatura, circa 130 ºC. Che chiude i pori, interrompendo il flusso di corrente. In alcuni casi, questo fermerà il surriscaldamento. Ma se la temperatura continua ad aumentare nella cella, questi materiali si sciolgono completamente, rompendosi e causando enormi cortocircuiti elettrici che possono accelerare il riscaldamento. Se la cella supera i 180 ºC, i materiali degli elettrodi possono decomporsi, rilasciando ossigeno che consente all'elettrolita della batteria di prendere fuoco e alla batteria di esplodere.
A differenza di questi separatori, che si rompono a poco sopra i 150 ºC, il nuovo materiale Tonen rimane intatto fino a 190 ºC. Prevenendo un massiccio cortocircuito elettrico, il nuovo separatore potrebbe impedire il riscaldamento accelerato che porta a esplosioni, afferma Roth.
Le prestazioni del separatore sono dovute al fatto che incorpora più di un polimero: uno che si ammorbidisce a 130 ºC per interrompere la corrente e un altro per mantenere intatto il separatore per evitare cortocircuiti. Poiché il materiale può essere realizzato modificando le apparecchiature di produzione esistenti, potrebbe essere rapidamente disponibile in grandi quantità, secondo Koichi Kono, responsabile della ricerca e sviluppo di Tonen. Commercialmente, siamo pronti, dice.
Altre aziende hanno sviluppato approcci alternativi per rendere più sicure le batterie agli ioni di litio, incluso l'utilizzo di diversi materiali per elettrodi o elettroliti non infiammabili o l'aggiunta di un sottile strato di materiale ceramico per mantenere separati gli elettrodi. Sebbene le ceramiche possano sopravvivere a temperature molto elevate, rimangono dubbi su quanto bene possano essere incorporate nei processi di produzione e se saranno troppo costose, afferma Roth. L'obiettivo è avere batterie che si guastano con grazia piuttosto che in modo esplosivo.