Litijumske baterije nalaze se u svemu, od pametnih telefona do automobila, i iako su uglavnom veoma bezbedne ako se pravilno skladište i pune, postoje hiljade dokumentovanih slučajeva njihovog zapaljenja, ponekad sa smrtonosnim posledicama, piše CNN.
Litijumske baterije sadrže zapaljive elektrolite, tečne rastvore litijumovih soli rastvorenih u organskim rastvaračima koji omogućavaju protok električnog naboja.
Baterije mogu postati nestabilne pod određenim uslovima, kao što su fizička oštećenja (npr. probijanje), prepunjavanje, ekstremne temperature ili greške u proizvodnji.
Kada stvari krenu po zlu, baterija se može vrlo brzo da se zagreje i zapali, prolazeći kroz opasnu lančanu reakciju poznatu kao „termalni beg” (thermal runaway).
Avioni posebno rizično okruženje
Komercijalno vazduhoplovstvo je posebno izloženo ovom problemu, zbog rasprostranjenosti uređaja na baterije u avionima i zbog toga koliko požar u kabini ili teretnom prostoru može da bude opasan.
U Sjedinjenim Američkim Državama, Savezna uprava za vazduhoplovstvo (FAA) već dugo zabranjuje nošenje rezervnih litijumskih baterija u predatom prtljagu i nalaže da sve baterije koje se unose u kabinu moraju da ostanu dostupne.
Agencija je zabeležila 89 incidenata sa baterijama, koji su uključivali dim, požar ili ekstremnu toplotu, na putničkim i teretnim avionima tokom 2024. godine, kao i 38 u prvoj polovini 2025.
Ovakvi incidenti mogu dovesti do potpunog gubitka aviona, poput Erbasa A321 koji je u januaru izgoreo u Pusanu, u Južnoj Koreji.
Prema istražiteljima, požar je verovatno izazvala eksterna baterija (power bank) koja se nalazila u pretincu iznad sedišta, što je navelo neke avio-kompanije da zabrane ove uređaje.
Opasnost se ne završava na aerodromima
Rizici od termalnog bega protežu se i na domove, koji su posebno ranjivi zbog požara izazvanih baterijama električnih bicikala i trotineta, kao i na poslovne objekte svih vrsta.
Istraživanje koje je 2024. sproveo osiguravač Aviva, među više od 500 preduzeća u Ujedinjenom Kraljevstvu, pokazalo je da je nešto više od polovine imalo incident povezan sa litijumskih baterijama, poput varničenja, požara ili eksplozija.
Istraživači širom sveta rade na rešavanju ovog problema razvojem bezbednijih baterija, na primer zamenom tečnog elektrolita čvrstim ili gelastim materijalom otpornijim na požar.
Međutim, takva rešenja zahtevaju značajne promene postojećih proizvodnih linija, što predstavlja prepreku za njihovu široku primenu.
jednostavna, ali radikalna ideja kineskih naučnika
Sada je tim istraživača sa Kineskog univerziteta u Hongkongu predložio izmenu u dizajnu litijumskih baterija koja bi se mogla brzo uklopiti u postojeće proizvodne metode, jer se svodi na zamenu hemikalija u postojećem elektrolitnom rastvoru.
Ova metoda je ranije ove godine detaljno opisana u studiji koju je predvodila Jue Sun, danas postdoktorska istraživačica na Virdžinija Teku.
„Mislim da je ljudima najteže da shvate kod baterija to da, kada pokušavate da optimizujete performanse, ponekad ugrožavate bezbednost“, rekla je ona, objašnjavajući da povećanje performansi zahteva fokus na hemijske reakcije koje se odvijaju na sobnoj temperaturi, dok povećanje bezbednosti podrazumeva reakcije koje se dešavaju na visokim temperaturama.
„Zato smo došli na ideju da prekinemo taj kompromis dizajniranjem temperaturno osetljivog materijala, koji može da obezbedi dobre performanse na sobnoj temperaturi, ali i dobru stabilnost na visokim temperaturama.“
Održavanje niske temperature
Požari koje prouzrokuju baterije uglavnom počinju kada se deo elektrolita, pod opterećenjem, razgradi i oslobodi toplotu u lančanoj reakciji.
Dizajn Sun i njenih kolega koristi novi elektrolit koji sadrži dva rastvarača kako bi se ta lančana reakcija zaustavila u samom začetku.
Na sobnoj temperaturi, prvi rastvarač održava čvrstu hemijsku strukturu baterije, čime se optimizuju performanse.
Međutim, ako baterija počne da se zagreva, drugi rastvarač preuzima ulogu i sprečava požar tako što opušta tu strukturu i usporava reakcije koje bi mogle dovesti do termalnog bega.
Laboratorijski rezultati menjaju sliku
U laboratorijskim testovima, baterija sa ovim novim dizajnom, probušena ekserom, zabeležila je porast temperature od svega 3,5 stepeni celzijusa, umesto skoka od 555 stepeni celzijusa koji je primećen kod tradicionalne baterije.
Istraživači navode da nema negativnog uticaja na performanse ili dugotrajnost baterije, te da je zadržala više od 80 odsto kapaciteta nakon 1.000 ciklusa punjenja.
„Pošto je naš izum upravo elektrolit, on se može lako primeniti u komercijalno dostupnim sistemima — u suštini, samo zamenite postojeći elektrolit novim“, rekao je Ji-Čun Lu, profesor mašinstva i inženjerstva automatike na Kineskom univerzitetu u Hongkongu i jedan od autora studije.
„U proizvodnom procesu, najteži deo su elektrode, odnosno čvrsti deo. Ali elektrolit koji mi menjamo je tečnost, tako da ga možete direktno ubrizgati u ćeliju bez nove opreme ili novog procesa“, dodao je Lu.
Cena, tržište i vremenski okvir
Nova hemijska formulacija bi blago povećala troškove proizvodnje, ali je Lu rekao da bi u masovnoj proizvodnji cena bila „na veoma sličnom nivou“ kao kod postojećih baterija.
Istraživači su zainteresovani da ideju komercijalno razviju i trenutno vode razgovore sa proizvođačima baterija kako bi dizajn plasirali na tržište, što bi, prema Luu, moglo potrajati od tri do pet godina.
U testovima su istraživači napravili bateriju dovoljno veliku da napaja tablet, ali je Lu rekao da je potrebno još „validacije“ kako bi se dizajn skalirao na veličinu potrebnu, na primer, za automobile.
Reakcije stručne javnosti
Istraživači iz oblasti bezbednosti litijumskih baterija koji nisu učestvovali u studiji izrazili su pozitivna mišljenja o ovom radu u komentarima za CNN.
Donal Finegan, viši naučnik u Američkoj nacionalnoj laboratoriji za obnovljive izvore energije, naveo je u imejlu da je novi dizajn uzbudljiv napredak i da predstavlja bezbednu bateriju koja može da podnese visoke temperature i kratke spojeve bez izazivanja požara:.
„Pažljivo odabran elektrolitni rastvor je skalabilan i ne narušava značajno vek trajanja baterije, što pomaže u uklanjanju mnogih prepreka za masovno usvajanje u komercijalnim baterijskim sistemima“, dodao Finegan.
Studija je ispitala čitav niz sastava elektrolita i pronašla opcije kod kojih postoji ravnoteža između dugog veka trajanja ćelija i očuvanja stabilnosti na višim temperaturama, rekao je Geri Kenig, profesor hemijskog inženjerstva na Univerzitetu Virdžinije.
„Iz proizvodne perspektive, uvođenje novog elektrolita može se ostvariti u relativno kratkom roku, pod uslovom da ne dođe do nepredviđenih problema sa kompatibilnošću u procesu“, kaže Kenig.
Horhe Seminario, profesor hemijskog inženjerstva na Univerzitetu Teksas A&M, rekao je u imejlu da novi dizajn rešava jedan od najkritičnijih izazova kod visokoenergetskih litijum-jonskih baterija, a to je postizanje i bezbednosti i performansi.
„Studija je izuzetno inovativna i ima snažan uticaj, jer nudi praktično rešenje za ključno usko grlo u bezbednosti litijum-jonskih baterija“, dodao je Seminario.
Tagovi
