Hoe geavanceerd elektrische voertuigen ook zijn, ze zijn nog steeds kwetsbaar voor een achilleshiel - de bron die hen kracht geeft.

Een van de meest voorkomende soorten batterijen die in elektrische voertuigen worden gebruikt, lithium-ionbatterijen - of Li-ionbatterijen - kunnen in brand vliegen of exploderen als gevolg van een botsing of andere grote impact op het voertuig. De impact resulteert in de interne kortsluiting van elektroden. Het kleine vuurtje kan zich via "thermal runaway" door de accu en naar andere delen van de auto verspreiden.

"Hoewel er aanzienlijke inspanningen zijn geleverd voor het thermisch beheer van de batterijcellen, batterijbranden en explosies bij recente elektrische auto-ongelukken zorgen voor grote bezorgdheid in het openbaar, " zei Yu Zhu, doctoraat, universitair hoofddocent polymeerwetenschap aan de Universiteit van Akron (UA). "In de meeste gevallen, de batterij ontbrandde wanneer deze niet werd gebruikt bij normaal gebruik, zoals door een grote externe impact, of crashen."

Zhu en zijn team van afgestudeerde studenten aan het UA's College of Polymer Science and Polymer Engineering werken aan het verbeteren van de veiligheid van Li-ion-batterijen door een afschuifverdikkende elektrolyt te creëren - een stof die dikker kan worden onder invloed, ingesteld tussen de anode en de kathode van de batterij die slagvast zijn, dus geen brand of explosie veroorzaken bij een botsing. Onder normale omstandigheden, het nieuwe elektrolyt blijft zacht.

Het onderzoek van de groep, geleid door Zhu's Ph.D. student Kewei Liu, werd onlangs gepubliceerd in de Journal of Power Sources :"Een slagvast elektrolyt op basis van afschuifverdikkingsvloeistof voor veilige Li-ionbatterijen."

"In Li-ion-batterijen voor gebruik in elektrische voertuigen, de kathode en anode zijn gescheiden door een zeer zacht membraan en een vloeibaar elektrolyt, "Zei Zhu. "Het eenvoudigweg vervangen van een vloeibare elektrolyt door zijn vaste tegenhanger is nog steeds een uitdagende taak, omdat beide elektroden poreus zijn en ze vloeistof nodig hebben om de poriën te vullen en contact te maken. Ons idee is dat je onder een normale situatie nog steeds een vloeistofachtige elektrolyt kunt gebruiken, maar met een vloeistof die zijn eigen mechanische sterktes onder invloed kan verbeteren. Dus, we hebben een afschuifverdikkende elektrolyt ontwikkeld."

Zie het als een mengsel van zetmeel en water. Je kunt je hand erin steken en langzaam het zetmeel en water roeren terwijl je heel weinig weerstand voelt. Echter, als u uw roersnelheid verhoogt, je zult veel meer weerstand voelen. In feite, een bowlingbal kan stuiteren op het oppervlak van een mengsel van maizena en water, die zich tijdens de impact als een vaste stof gedraagt.

Een vloeistof met dergelijke eigenschappen wordt een dilatant genoemd, een soort niet-Newtonse vloeistof. Als een elektrolyt ook dilatant is, het zal voorkomen dat de batterij kortsluiting maakt onder externe impact. Echter, het vormen van een afschuifverdikkende elektrolyt is veel moeilijker dan het mengen van maïszetmeel en water, omdat de samenstelling van de elektrolyt gecompliceerd is en bestaat uit verschillende ionen, oplosmiddelen, en diverse toevoegingen.

"In ons vooronderzoek "Zhu zei, "we hebben aangetoond dat een gemodificeerde goedkope glasvezelvuller de afschuifverdikkende elektrolyt kan produceren waarnaar we op zoek zijn, die compatibel is met commerciële Li-ion-batterijen en een verbeterde slagvastheid vertoont."

Video's van de groep van Zhu demonstreren de kogel met verschillende snelheden die invloed hebben op de reguliere vloeibare elektrolyt en de afschuifverdikkende elektrolyt. De afschuifverdikkende elektrolyt absorbeerde de kinetische energie en vertraagde de bewegende kogel aanzienlijk.

"Vergeleken met een conventionele vloeibare elektrolyt, de afschuifverdikkende elektrolyt zal de prestaties van Li-ion-batterijen niet significant verminderen, " zei Zhu. "Tijdens een botsing, de afschuifverdikkende elektrolyt zal zich onmiddellijk gedragen als een vaste stof en een grotere kracht genereren om externe impact te weerstaan ​​vanwege het afschuifverdikkende effect. Deze oplossing is een aanvulling op het externe thermische beheersysteem van het batterijpakket, die vaak tekortschiet als reactie op de abrupte impact"

Zhu zei dat het onderzoek naar het verbeteren van Li-ion-batterijen relatief nieuw is, speciaal voor gebruik in elektrische voertuigen. Hij voegde eraan toe dat afschuifverdikkende elektrolyten andere nichetoepassingen kunnen hebben, zoals in kogelvrije energieopslagapparaten.