ماده‌ای که باتری‌ها را در برابر ضربه مقاوم می‌سازد
نوعی آزمایش جالب در منزل با رهبری گابریل ویت (Gabriel Veith)، پژوهشگر محترم در آزمایشگاه ملی اوک‌ریج (ORNL) وابسته به وزارت انرژی ایالات متحده، منجر به دستاوردی در زمینه افزایش ایمنی باتری‌ها گردید.
بر اساس گزارشی از آی‌ای، محققان ORNL مدت زمان طولانی به مطالعه شیمی پیچیده و مواد تشکیل‌دهنده باتری‌های لیتیوم-یون پرداخته‌اند.
درون این باتری‌ها، یک لایه نازک پلاستیکی وجود دارد که الکترودها، که نقاطی هستند که جریان الکتریسیته از آن‌ها عبور می‌کند، را از هم مجزا می‌سازد. در صورتی که این لایه آسیب ببیند، ممکن است الکترودها به یکدیگر برخورد کرده و باعث آتش‌سوزی الکترولیت مایع و تصاعد حرارت باتری شوند.
ایده «ویت» هنگامی به ذهنش خطور کرد که در حال بازی با فرزندانش و انجام آزمایش با ترکیب نشاسته ذرت و آب بود. این مخلوط تا زمانی که تحت فشار نباشد، به حالت مایع باقی می‌ماند، اما وقتی بر اثر فشار قرار گیرد، به حالت جامد تغییر می‌کند و تنها بعد از کاهش فشار، دوباره به حالت مایع بازمی‌گردد. او متوجه شد که این ویژگی می‌تواند برای تولید یک افزودنی محافظ به کار رود که بلافاصله در اثر ضربه سخت می‌شود و خطر آتش‌سوزی در باتری‌های لیتیوم-یون را به طور قابل توجهی کم می‌کند.
به‌کارگیری سیلیس ریز برای کاهش خطرات باتری
گابریل ویت و گروهش از الگوی رفتار این ترکیب الهام گرفتند و با افزودن یک ماده مقاوم در برابر ضربه به الکترولیت، هدف داشتند که ایمنی باتری‌های لیتیوم-یون را بهبود بخشند. این افزودنی در هنگام اثر فشار و ضربه بر روی باتری، به سرعت به حالت سخت درمی‌آید و مانع تماس الکترودها با یکدیگر در صورت افتادن یا آسیب می‌شود.
با حفظ فاصله بین الکترودها، خطر آتش‌سوزی در باتری کاهش می‌یابد. این افزودنی همچنین به آسانی می‌تواند با کمترین تغییرات در فرآیند تولید باتری‌های موجود ترکیب شود.
اثر ایمنی این ترکیب ناشی از وجود کلوئید (colloid)های مختلط است که سوسپانسیونی از ذرات جامد ریز در یک مایع به شمار می‌آید. این تیم با استفاده از ذرات سیلیس موجود در الکترولیت‌های معمولی برای این باتری‌ها، عمل کردند. در هنگام بروز ضربه، این ذرات به یکدیگر متصل می‌شوند و مسیر جریان مایعات و یون‌ها را مسدود می‌کنند.
محققان برای دستیابی به این ویژگی، از ذرات کاملاً کروی سیلیس با عرض فقط ۲۰۰ نانومتر بهره بردند.
همان‌طور که «ویت» توضیح می‌دهد، یکنواختی اندازه ذرات سیلیس از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. زمانی که اندازه ذرات ثابت باشد، به طور یکنواخت در الکترولیت توزیع می‌شوند و این اجازه را می‌دهد که افزودنی به طور مؤثر در اثر ضربه به حالت جامد درآید. اگر اندازه ذرات متنوع باشد، مایع به حالت خیلی سیال باقی مانده و توانایی حفاظتی آن کاهش می‌یابد.
این تیم برای درک چگونگی رفتار این ماده تحت فشار، از پراکندگی نوترون در چشمه نوترونی اسپالاسیون ORNL بهره‌برداری کردند. این پیشرفت مستلزم همکاری تیمی شامل الکتروشیمی‌دان‌ها، متخصصان مکانیک و آزمایش‌کنندگان مواد بود و ترکیب تخصص آن‌ها امکان طراحی و آزمایش این فناوری نوین باتری مقاوم در برابر ضربه را فراهم آورد.
به گفته جان لی (John Lee)، یکی از پژوهشگران این تحقیق، این فناوری قابلیت انقلابی در صنعت خودرو را دارد و می‌تواند با حذف نیاز به محافظ‌های سنگین، وزن خودرو را کاهش دیتا و همچنین برد رانندگی را افزایش دهد. همچنین این فناوری در دامنه‌های دفاعی نیز می‌تواند باعث کاهش وزن تجهیزات و سیستم‌ها شده و حفاظت در برابر پرتابه‌ها را فراهم کند و کارایی عملیاتی را ارتقا دهد.
