p Os riscos de incêndio da bateria de íon-lítio são extensos em todo o mundo e tal falha pode ter uma implicação grave para smartphones e carros elétricos, diz o chefe do grupo e professor do Departamento de Eletroquímica da Universidade de São Petersburgo, Oleg Levin. "De 2012 a 2018, 25, Foram registrados mil casos de incêndio por uma ampla gama de dispositivos apenas nos EUA. Mais cedo, de 1999 a 2012, apenas 1, 013 casos foram notificados. O número de incidentes de incêndio está aumentando, assim como o número de baterias sendo usadas, " ele disse. p Entre as principais razões pelas quais as baterias de íon de lítio pegam fogo ou explodem estão sobrecarregadas, curto circuito, e outros. Como resultado, a bateria está superaquecida e a célula da bateria entra em fuga térmica. O aumento da temperatura em até 70 ou 90 ° C pode levar a reações químicas perigosas que podem resultar em um aumento ainda maior da temperatura e, conseqüentemente, incêndio ou explosão. Para evitar que as baterias pegem fogo, podemos usar um dispositivo adjacente, ou seja, um microcircuito eletrônico. Ele rastreia todos os parâmetros da bateria e pode desligar a bateria em caso de emergência. No entanto, a maioria dos incidentes de incêndio foi devido a falhas dos microcircuitos eletrônicos causados ​​por defeitos de fabricação.

p “Por isso foi particularmente importante desenvolver uma estratégia de segurança da bateria baseada nas reações químicas para bloquear o fluxo de corrente elétrica dentro da bateria. Para isso, propomos o uso de um polímero especial. Sua condutividade elétrica pode se ajustar às flutuações de voltagem na bateria. Se a bateria funcionar normalmente, o polímero não impede que a corrente elétrica flua. Se a bateria estiver sobrecarregada, há um curto-circuito, ou a tensão da bateria cai abaixo dos níveis operacionais normais, o polímero vai para um chamado isolador, disjuntor, modo, "disse o professor Levin.

p Existem polímeros que podem alterar a resistência quando aquecidos, diz o professor Levin. O problema que enfrentamos ao usar essa tecnologia, inclusive nas empresas em São Petersburgo, era se o polímero começa a funcionar como um isolador, isso significa que a bateria já passou por superaquecimento, o que resultou em processos perigosos que não podem ser interrompidos simplesmente interrompendo o circuito elétrico. Isso torna essa tecnologia longe de ser eficaz. No entanto, esses avanços geraram interesse na busca de novas tecnologias, incluindo o polímero que será capaz de ajustar a voltagem antes que a bateria comece a superaquecer.

p "Eu colaborei com Evegenii Beletskii, meu aluno de pós-graduação no Departamento de Eletroquímica, que trabalhou na indústria. Ele tem uma vasta experiência no desenvolvimento de sistemas de segurança de bateria. Isso nos ajudou muito na realização da parte experimental do projeto que focou no funcionamento do polímero. Anna Fedorova, um estudante de pós-graduação no Departamento de Eletroquímica, também trabalhou na indústria. No projeto, ela estava principalmente preocupada em calcular as propriedades físicas e químicas do material, "disse Oleg Levin.

p O projeto durou dois anos. Durante os seis anos anteriores ao início do projeto de desenvolvimento da tecnologia, os cientistas realizaram pesquisas fundamentais para estudar as propriedades físicas e químicas de uma ampla gama de polímeros. Eles descobriram uma classe de polímeros que mudam a resistência com a voltagem. Foi nisso que os cientistas se concentraram.

p "A parte mais difícil no desenvolvimento do 'fusível químico' foi encontrar um polímero ativo. Conhecíamos uma grande variedade de polímeros dessa classe. No entanto, escolher aquele que seria adequado para criar um protótipo foi difícil de quebrar, "disse Levin." Além disso, tivemos que avançar a tecnologia desenvolvendo uma versão industrial para mostrar que tínhamos uma ideia de estratégia de segurança de bateria eficaz. Assim, tivemos que comprar muitos equipamentos novos para técnicas de prototipagem e ajuste para trabalhar com baterias de íon-lítio. "

p O que torna esta tecnologia de segurança diferente é a alta escalabilidade. Por exemplo, o tamanho do circuito de proteção de ajuste tradicional depende da potência da bateria. Portanto, o esquema das baterias de força motriz dos carros elétricos será grande e caro. Escalar o 'fusível químico' é simples, pois ele é aplicado em toda a superfície do coletor de corrente interno.

p "As baterias de íon-lítio usam diferentes tipos de cátodos, isto é, eletrodos carregados positivamente pelos quais os elétrons entram em um dispositivo elétrico. Eles têm diferentes tensões de trabalho. Assim, um polímero de segurança deve reagir de acordo. Conseguimos encontrar um polímero que seria adequado para apenas um tipo de bateria, essa é uma bateria de fosfato de ferro-lítio. Alterar a estrutura do polímero pode resultar na alteração de sua condutividade para torná-lo adequado para outros tipos de cátodos que estão no mercado hoje. Temos algumas ideias sobre como tornar essa estratégia de segurança mais universal, adicionando um componente de segurança ao polímero para ajustar as mudanças nos níveis de temperatura da bateria. Espera-se que isso elimine todos os riscos de incêndio associados às baterias, "disse Oleg Levin.

p Antes de publicar o artigo, A Universidade de São Petersburgo recebeu uma patente para essa tecnologia. Os cientistas estão atualmente preparando um modelo em tamanho real de baterias protegidas para demonstrá-las a potenciais investidores.