Lityum-iyon piller hasar gördüğünde alev almaya eğilimlidir ancak elektrolit malzemesinin basit bir şekilde değiştirilmesi, soruna neden olan kısır kimyasal döngüyü durdurabilir.
Ticari bir bataryada (üstte) ve değiştirilmiş elektrolitli bir bataryada (altta) tırnak penetrasyon testleri
Lityum iyon pillerde kullanılan malzemelerden sadece birinin değiştirilmesi, delinmesi veya bükülmesi durumunda çıkacak kontrol edilemeyen yangınları önleyebilir ve bu daha güvenli pillerin seri üretimine önümüzdeki birkaç yıl içinde başlanabilir.
Akıllı telefonlarda, dizüstü bilgisayarlarda ve elektrikli arabalarda kullanılan lityum iyon pillerde bir grafit elektrot, bir metal oksit elektrot ve bir çözücü içinde çözünmüş bir lityum tuzu elektroliti bulunur. Sıvı elektrolit, iyonların aküyü şarj etmek için bir yönde akmasına ve enerji ve güç cihazlarını serbest bırakmak için diğer yönde akmasına izin verir.
Ancak bu tasarımın kısa devre oluşturacak şekilde delinmesi halinde, içeride depolanan tüm kimyasal enerji hızla açığa çıkar ve bu durum yangına, hatta patlamaya neden olabilir.
Araştırmacılar bu tür yangınları önlemek için koruyucu jeller ve hatta sıvı elektrolit yerine katı ikameler içeren alternatif pil tasarımları geliştirdiler. Şimdi, Hong Kong Çin Üniversitesi’nden Yue Sun ve meslektaşları, elektrolit malzemedeki değişiklik sayesinde tam olarak mevcut piller gibi üretilebilecek güvenli bir tasarım yarattılar.
Yangınlar, anyon adı verilen negatif yüklü iyonların aküdeki lityum ile bağlarını koparması sonucu ortaya çıkar. Bağlar koptukça daha fazla ısı açığa çıkarlar ve termal kaçak adı verilen bir süreçte yıkıcı döngünün devam etmesini sağlarlar.
Bunu aşmak için araştırmacılar, lityum bis(florosülfonil)imid adı verilen ve mevcut solventteki lityum ile yalnızca daha yüksek sıcaklıklarda, termal kaçak başladığında bağlanan ikinci bir solvent yarattılar. Alışılmış çözücünün aksine, bu yeni malzemede anyon bağları mevcut olamaz ve bu nedenle ısı salınımının kısır döngüsünü oluşturamaz. Çiviyle delindiğinde pilin içindeki sıcaklık yalnızca 3,5°C artarken, geleneksel piller 500°C’den fazla ısınabiliyor.
İngiltere’deki Birmingham Üniversitesi’nden Gary Leeke, “Kötü çocuk, çok fazla bağ enerjisine sahip olan anyondur ve termal kaçağa neden olan da bu bağların kırılmasıdır” diyor. “Bu, kötü çocuğu bu süreçten izole ediyor. Pil güvenliği açısından büyük bir adım.”
Testlerde, yeni solventi kullanan piller 4.100 saatlik kullanımda kapasitelerinin yüzde 82’sini korudu; bu da mevcut teknolojiyle rekabet edebilecekleri anlamına geliyor.
Leeke, bulguların yeni nesil pillere dahil edilebileceğini ve ardından üç ila beş yıl içinde seri üretilebileceğini söylüyor.
