Ionic Materialsi mittesüttiv liitiumaku, nagu on kirjeldatud NOVA artiklis „Otsi superpatarei”. Krediit: NOVALiitium-ioonakud on olnud süüdlasteks paljude põlemisseadmete taga. Nad on põhjustanud hõljuklaua tulekahjud , Samsung Galaxy Note 7 nutitelefoni plahvatused , ja viimati a HP sülearvutite suur tagasikutsumine . Mis muudab need akud nii lenduvaks, on väga tuleohtlik vedelik, mida nimetatakse vedelaks elektrolüüdiks.
'Võite seda pidada petrooleumiks – nagu kõnniksite ringi, petrooleum nutitelefonis, rahakotis ja taskus,' ütleb Mike Zimmerman, Tuftsi ülikooli materjaliteaduse professor ning aku asutaja ja tegevjuht. ettevõte, Ioonilised materjalid .
Zimmerman on välja töötanud ohutuma elektrolüüdi – täpsemalt tahkis-plastelektrolüüdi –, mis ei kujuta endast tulist ohtu. Tema ja Massachusettsi osariigis Woburnis asuva ettevõtte Ionic Materials inseneride ja teadlaste meeskond on pannud kontseptsiooni proovile, ehitades esimese eduka toatemperatuuril töötava plastist elektrolüüdi aku.
Üldlevinud liitiumioonaku on olnud kasutusel alates 1991. aastast. Aastakümnete jooksul on teadlased maadelnud kolme piinarikka probleemiga: need akud on plahvatusohtlikud, kallid ja piiratud energiamahutavusega. Sees viimane lõik sisse lülitatud Teaduse reede , David Pogue, tehnoloogiaajakirjanik ja NOVA dokumentaalfilmi ' Otsige üles Super Battery ”, arutati erinevaid võimalusi, mis võiksid liitiumioonakut asendada, alates soolase vee akudest kuni jääakudeni. Ta järeldas, et Ionic Materialsi plastaku oli üks paljutõotavamaid.
Aku koosneb kolmest põhikomponendist: positiivsest ja negatiivsest elektroodist, mida tuntakse katoodina ja anoodina, mis on eraldatud keemilise barjääriga, mida nimetatakse elektrolüüdiks. Elektrolüüt on nagu ioonide kiirtee, selgitab Zimmerman - see võimaldab neil voolata anoodi ja katoodi vahel.
Seal on liitiumioonakud võivad erinevatel viisidel põleda . Näiteks võib ülelaadimine, samuti anoodi ja katoodi vaheline kontakt – võib-olla tootmisdefekti tõttu – põhjustada elektrilühise.
'Kui teil on lühike lugu, lähevad asjad kuumaks,' ütleb Zimmerman. 'Kui [vedel elektrolüüt] saavutab teatud temperatuuri, hakkab see lihtsalt põlema.'
Zimmermani sõnul on teadlased vedela elektrolüüdi asendamiseks katsetanud kahte tüüpi tahkeid aineid: keraamika ja plastiga. Ta leidis, et keraamika oli rabe ja seda on raske suures mastaabis valmistada, samas kui varasemad plastist prototüübid suutsid ioone juhtida, kuid ainult väga kõrgetel temperatuuridel.
Zimmermani meeskond Ionic Materialsis töötas välja plastist polümeerist elektrolüüdi, mis võimaldas ioonide voolu toatemperatuuril. See toimib samamoodi nagu vedel elektrolüüt, selgitab Zimmerman, kuid plast on leegiaeglustav, seega pole võimalust, et aku plahvatab.
Pogue demonstreeris oma ohutust, tükeldades LED-tulede paneeli toites kääridega ühe plastpatareidest – mis antud juhul oli väga õhuke. Pogue'i suureks kergenduseks leeki ei puhkenud. Kui ta jätkas lõikamist, jäid LED-tuled üllatuslikult põlema.
'See oli tahtmatu tagajärg, ' ütleb Zimmerman. 'Püüdsime seda ohutuks muuta. Me ei keskendunud tegelikult sellele, et see pärast kahjustamist toimima saaks.'
Aku, mille Pogue tühjendas, töötas endiselt, kuna sellel on tänu liitiummetalli anoodile suur energiatihedus. Liitiummetallist valmistatud akud võivad Zimmermani sõnul salvestada kaks korda rohkem energiat mahu kohta kui liitiumioonakud, kuid vedela elektrolüüdiga kasutamisel on need palju ohtlikumad. Plastik kõrvaldab probleemi.
'Ma kasutan oma nutitelefoni palju ja pärastlõunal kella neljaks pean akut laadima,' ütleb Zimmerman. 'Kui suudame oma plastikut kasutada ja suurema energiatarbega anoodid sisse panna, võib telefon kaks või kolm korda kauem vastu pidada, enne kui peate seda uuesti laadima.'
Zimmerman loodab, et kahe või kolme aasta pärast näeme Ionic Materialsi plastaku toetatavaid seadmeid. Praegu tegeleb ettevõte äripartnerite tsementeerimisega ja suurte tootmismahtudega seotud väljakutsete lahendamisega tööstuses, mis on suures osas harjunud tootma liitium-ioonakusid. Tema plaan on viia aku esmalt nutitelefonidesse ja olmeelektroonikasse ning lõpuks laieneda elektrisõidukitele.
'Tahame omada ohutut akut, mis suudaks väljastada rohkem võimsust – rohkem energiat –, et inimesed saaksid oma elektrisõidukitega palju rohkem sõiduulatust ühe laadimisega,' ütleb ta.