O echipă de ingineri din Germania a creat o folie nouă genial de simplă, care poate reduce total riscul incendiilor în bateriile litiu-ion cu tehnologie actuală

Bateriile litiu-ion moderne, folosite atât pe maşinile electrice, cât şi pe dispozitive electronice, au devenit mult mai stabile şi mai lipsite de riscuri. La maşinile electrice riscurile sunt eliminate în primul rând datorită sistemelor de management termic activ, care le ajută să evite supraîncălzirea celulelor şi să ajungă în situaţi de fugă termică, atunci când un incendiu e inevitabil. Totuşi, chiar dacă statisticile arată o îmbunătăţire considerabilă a siguranţei, cazuri de incendii se mai produc, iar uneori ele au în condiţii când sistemul de management termic nu poate ajuta — fie la impact din cauza perforării şi scurtcircuitelor, fie când maşina e parcată timp îndelungat şi un eventual defect intern poate cauza un scurtcircuit. Asemenea cazuri au dus la câteva incendii majore pe nave în ultimii 3 ani, iar de curând unul din cei mai mari operatori de transport maritim a interzis total maşinile electrice de la bordul navelor sale din această cauză. Ei bine, de curând o echipă de ingineri din Germania, de la Institutul Fraunhofer, a elaborat o nouă folie genial de simplă, care pretinde că poate reduce total riscul incendiilor în bateriile litiu-ion cu tehnologie actuală.

Deci, nu vorbim despre o tehnologie absolut nouă a bateriilor, ci despre un singur element simplu schimbat la actualele baterii, aplicabil chiar la producţia de serie a bateriilor din prezent, care le-ar reduce imediat riscul de incendii la zero.

Incendiile la bateriile litiu-ion au loc de obicei din cauza unui scurtcircuit, produs dintr-un defect, o străpungere sau deteriorare mecanică, dar şi mai des iau foc din cauza supraîncălzirii locale în interiorul celulei, care duce la reacţie în lanţ, apariţia fugii termice şi a focului. Inginerii germani au constatat că punctul primar de unde o celulă de baterie ar putea fi deconectată rapid pentru a reduce practic la zero aceste riscuri e folia colectoare de curent.

Bateriile au două asemenea folii, una în exteriorul catodului, alta în exteriorul anodului. La catod de obicei e foloseşte o folie de aluminiu, iar la anod — una de cupru. Rolul acestei folii e să contacteze direct cu fiecare din cei doi electrozi şi să conducă electronii spre circuitul extern.

Germanii au creat o folie alternativă, inovaţia căreia e construcţia din trei straturi ultra subţire, în loc de unul singur. Un strat e din aluminiu, altul din cupru, iar între ele, ca un sandviş, se află un strat de polimer.

Marele secret vine de la acest polimer, care a are o structură fizică ce-i permite să asigure conductivitatea între cele două straturi, dar imediat ce se atinge o temperatură critică, ce semnalează riscul iminent al fugii termice, acest polimer se topeşte şi întrerupe conductivitatea între stratul de aluminiu şi cel de cupru, iar astfel celula bateriei e efectiv deconectată de la circuitul extern în mod sigur şi preventiv. Odată ce e deconectată, acumularea de căldură încetează până în momentul în care ea scapă de sub control şi atunci incendiul este evitat, în exact ultima clipă de dinainte de a deveni ireversibil.

Desigur, aici pot apărea multe întrebări dacă nu se va topi acest polimer prea devreme, la o supraîncălzire e scurtă durată, locală, care n-ar fi prezentat un risc, iar răspunsul e nu, pentru că inginerii au adaptat temperatura de topire, la un punct în care numai încape îndoială că acea celulă e pe cale de a intra în fugă termică şi a genera un incendiu.

În al doilea rând, ne putem întreba dacă nu cumva topirea polimerului poate fi doar regională pe o mică suprafaţă a celulei, lăsând conductivitatea valabilă pentru restul suprafeţei, iar germanii spun că experimentele şi perfecţionările au minimizat acest risc. Şi calităţile fizice ale aluminiului şi cuprului predispun propagarea rapidă a căldurii pe o suprafaţă continuă, astfel că la temperatura critică sunt mari şansele că toată suprafaţa metalică primară va fi ajuns la acea temperatură şi va determina astfel topirea întregului polimer şi deconectarea totală a acestuia.

În rezultat, germanii spun că folia lor acţionează ca o siguranţă pasivă implantată în însăşi construcţia bateriei, care intervine doar în etapa finală a unei situaţii critice, când e clar că bateria ar urma să ia foc şi deconectează doar celula afectată. Şi pentru că şi în prezent la producţia bateriilor se folosesc folii colectoare de curent de grosime similară, implementarea în producţia de serie se poate face absolut simplu, prin înlocuirea foliilor actuale cu cea nouă germană. În rest, construcţia bateriei rămâne neschimbată.

Marea provocare a fost ca cele 3 straturi ale noii folii să însumeze împreună o grosime comparabilă cu stratul unitar al foliilor actuale, iar inginerii germani spun că asta le-a reuşit, folia având 12 microni grosime. Ei au reuşit să definitiveze şi un proces tehnologic de producţie la scară mică a acestei noi folii, cu parametrii de mai sus. Şi toate experimentele lor arată că folia reduce într-adevăr la un minim absolut riscurile de incendii în bateriile litiu-ion. Germanii spun că au testat inclusiv scenariul unui scurtcircuit intern în celulă. Odată ce folia a avut polimerul topit, calea curentului a fost oprită şi scurtcircuitul a devenit inofensiv, mai spun aceştia.

Totuşi, fizica ne spune că ar mai putea exista scenarii de scurtcircuite interne care n-ar putea fi stăvilite prin simpla deconectare, dar aceste scenarii sunt foarte atipice şi specifice şi ar fi mai degrabă în rezultatul unor întâmplări mai drastice. În marea majoritate a scenariilor de viaţă reală, însă, incendiile pornesc din cauzele menţionate mai sus, pe care inginerii germani spun că le pot evita complet.

Prin urmare, dacă invenţia lor reduce şi 95-97% din şansele de incendiu, e deja o realizare cu un impact enorm. Iar faptul că e atât de simplu de înlocuit în producţia actuală a bateriilor, o face una din cele mai uşoare de implementat invenţii, raportat la beneficiul major pe care-l promite.