Bezpečnosť lítiovo-iónových batérií vždy bola a aj stále je diskutovanou témou. Aj tento faktor totiž istou mierou prispieva k všeobecnému vnímaniu elektromobilov a spôsobuje u potenciálnych zákazníkov isté pochybnosti a váhanie.

Vedci však nezaháľajú a snažia sa pre bezpečnosť týchto batérií urobiť všetko, čo je v ich silách. Portál Interesting Engineering upozornil na skupinu odborníkov, ktorí predstavili nový senzor schopný včasného odhalenia nebezpečných plynových únikov z batérie ešte predtým, než dôjde k požiaru alebo výbuchu.

Tieto batérie dnes, mimochodom, poháňajú všetko od mobilných telefónov až po spomínané elektromobily, no zároveň so sebou prinášajú značné riziká, najmä pri poruche alebo prehrievaní.

Nebezpečné výpary

Len v uplynulom období bolo viac než 20 požiarov a výbuchov elektromobilov priamo spojených so zlyhaním lítiovo-iónových batérií. Práve tento problém si vedci vzali na mušku v novej štúdii publikovanej v odbornom časopise ACS Applied Materials & Interfaces, kde predstavujú inovatívny senzor, ktorý by mal výrazne znížiť riziko takýchto incidentov.

Lítiovo-iónové batérie síce ponúkajú vysokú energetickú hustotu a dlhú životnosť, no v prípade poškodenia alebo prehrievania môžu začať uvoľňovať prchavé výpary, ktoré sú mimoriadne horľavé. Preto je vývoj spoľahlivých plynových senzorov zásadný – musia byť citlivé, selektívne, cenovo dostupné, energeticky úsporné a ľahko integrované do existujúcich systémov.

Shayan_EV/YouTube

Podľa výskumného tímu vedeného Zhao-om ich práca reaguje na naliehavú potrebu bezpečnejších batérií. „Cieľom je umožniť včasné odhalenie úniku elektrolytu, čím sa zlepší fungovanie systémov na správu batérií, predíde sa zlyhaniam a zvýši sa spoľahlivosť lítiovo-iónovej technológie,“ vysvetľuje Zhao.

Kľúčovým prvkom nového senzora je schopnosť odhaliť aj stopové množstvá výparu etylénkarbonátu (EC), čo je základná zložka elektrolytu v batériách. Práve tento výpar sa môže uvoľniť pri počiatočných poruchách batérie a signalizovať problém ešte pred tým, než sa situácia zhorší.

Unsplash/Pixabay (úprava redakcie)

Senzor vznikol pomocou tzv. kovalentných organických štruktúr (COFs), ktoré sú navrhnuté tak, aby selektívne zachytávali konkrétne plyny. Zaujímavosťou je, že ide o prvý senzor na báze COF, ktorý bol navrhnutý výlučne pre detekciu EC pomocou výpočtových metód.

„Preskúmali sme stovky materiálov, kým sme identifikovali COF-QA-4 ako najlepší kandidát. Je extrémne citlivý a selektívny – zameriava sa výhradne na škodlivý plyn EC a ignoruje ostatné výpary. Senzor dokáže zachytiť úniky dávno predtým, než sa stanú nebezpečnými,“ dodáva Zhao.

Laboratórne testy potvrdili výnimočné vlastnosti senzora, ktorý dokáže detegovať EC výpary už pri koncentráciách 1,15 ppm (častíc na milión). To je úroveň, ktorá je pre iné senzory často nedosiahnuteľná.

Potenciál tohto riešenia však presahuje svet elektromobilov. Podľa vedcov sa dá integrovať aj do systémov správy batérií v smart domácnostiach, priemyselných zariadeniach či iných kritických infraštruktúrach, kde by mohol slúžiť ako systém včasného varovania pred nebezpečnými únikmi plynu.

Zhao uzatvára, že začlenenie senzora do existujúcich systémov by umožnilo výrobcom podniknúť preventívne kroky ešte pred vznikom nebezpečnej situácie, čo by mohlo nielen ochrániť majetok, ale aj zachrániť životy tým, že batériové poruchy budú odhalené oveľa skôr, než dôjde k ich eskalácii.