Koliko je verovatno da bi se baterija električnog vozila samosagorela i eksplodirala? Šanse da se to dogodi su zapravo prilično male: neki analitičari kažu da su vozila na benzin skoro 30 puta veća verovatnoća da će se zapaliti nego električna vozila. Ali nedavne vesti o EV-ima koji su se zapalili dok su parkirani naterale su mnoge potrošače – i istraživače – da se češu po glavi o tome kako bi se ovi retki događaji mogli dogoditi.
Istraživači odavno znaju da velike električne struje mogu dovesti do „termičkog bekstva“ — lančane reakcije koja može da izazove pregrevanje, zapaljenje i eksploziju baterije. Ali bez pouzdane metode za merenje struja unutar baterije u mirovanju, nije jasno zašto neke baterije odlaze u termičko stanje, čak i kada je EV parkiran.
Sada, koristeći tehniku snimanja pod nazivom „operando rendgenska mikrotomografija“, naučnici iz Nacionalne laboratorije Lorens Berkli (Berkli Lab) i UC Berkli su pokazali da prisustvo velikih lokalnih struja unutar baterija u mirovanju nakon brzog punjenja može biti jedan od uzroci toplotnog bekstva. Njihovi nalazi su objavljeni u časopisu ACS Nano.
„Mi smo prvi koji su snimili 3D slike u realnom vremenu koje mere promene u stanju naelektrisanja na nivou čestica unutar litijum-jonske baterije nakon što je napunjena“, rekao je Nitaš P. Balsara, viši autor studije. Balsara je viši naučnik fakulteta u Odseku za nauke o materijalima u laboratoriji Berkli i profesor hemijskog i biomolekularnog inženjerstva UC Berkli.
„Ono što je uzbudljivo u vezi sa ovim radom je da grupa Nitaša Balsare ne gleda samo slike – oni koriste slike da bi utvrdili kako baterije rade i menjaju se na način koji zavisi od vremena. Ova studija je kulminacija dugogodišnjeg rada, “, rekao je koautor Dilvort I. Parkinson, naučnik i zamenik za operacije fotona u naprednom izvoru svetlosti (ALS) Berkli laboratorije.
Tim je takođe prvi koji je izmerio jonske struje na nivou čestica unutar elektrode baterije.
U litijum-jonskoj bateriji, anodna komponenta elektrode je uglavnom napravljena od grafita. Kada se zdrava baterija polako puni, litijum joni se tkaju između slojeva grafitnih ploča u elektrodi. Nasuprot tome, kada se baterija brzo puni, litijum joni imaju tendenciju da se talože na površini čestica grafita u obliku metala litijuma.
„Ono što se dešava nakon brzog punjenja kada baterija miruje je malo misteriozno“, rekao je Balsara. Ali metoda korišćena za novu studiju otkrila je važne tragove.
Eksperimenti koje je vodio prvi autor Alek S. Ho u ALS-u pokazuju da kada je grafit „potpuno litiran“ ili potpuno napunjen, on se malo širi, oko 10% promene zapremine – i da bi struja u bateriji na nivou čestica mogla odrediti praćenjem lokalne litacije u elektrodi. (Ho je nedavno završio doktorat u grupi Balsara na UC Berkelei.)
Konvencionalni voltmetar bi vam rekao da kada se baterija isključi i odvoji od stanice za punjenje i električnog motora, ukupna struja u bateriji je nula.
Ali u novoj studiji, istraživački tim je otkrio da su nakon punjenja baterije za 10 minuta lokalne struje u bateriji u mirovanju (ili struje unutar baterije na nivou čestica) bile iznenađujuće velike.
Parkinsonov 3D mikrotomografski instrument na ALS-u omogućio je istraživačima da odrede koje su čestice unutar baterije „izuzetne“ koje stvaraju alarmantne gustine struje do 25 miliampera po kvadratnom centimetru. Za poređenje, gustina struje potrebna za punjenje baterije za 10 minuta bila je 18 miliampera po kvadratnom centimetru.
Istraživači su takođe saznali da su se izmerene unutrašnje struje značajno smanjile za oko 20 minuta. Potrebno je mnogo više posla pre nego što se njihov pristup može koristiti za razvoj poboljšanih bezbednosnih protokola.
