Per quanto all'avanguardia siano i veicoli elettrici, sono ancora vulnerabili a un tallone d'Achille, la stessa fonte che dà loro potere.
Uno dei tipi comuni di batterie utilizzate nei veicoli elettrici, le batterie agli ioni di litio, o batterie agli ioni di litio, sono suscettibili di prendere fuoco o esplodere a seguito di un incidente o di un altro forte impatto esercitato sul veicolo. L'impatto provoca il cortocircuito interno degli elettrodi. Il piccolo incendio può diffondersi in tutta la batteria e in altre parti dell'auto per "fuga termica".
"Sebbene siano stati compiuti sforzi significativi per la gestione termica delle celle della batteria, gli incendi e le esplosioni della batteria nei recenti incidenti di auto elettriche pongono notevoli preoccupazioni nell'opinione pubblica, " disse Yu Zhu, dottorato di ricerca, professore associato di scienza dei polimeri presso l'Università di Akron (UA). "Nella maggior parte dei casi, la batteria si è accesa quando non è stata utilizzata in condizioni di utilizzo normale, come attraverso un grande impatto esterno, o schiantarsi".
Zhu e il suo team di studenti laureati presso il College of Polymer Science and Polymer Engineering dell'UA stanno lavorando per migliorare la sicurezza delle batterie agli ioni di litio creando un elettrolita ispessente da taglio, una sostanza che può diventare più spessa sotto l'impatto, posto tra l'anodo e il catodo della batteria che sarà resistente agli urti, quindi non provocando un incendio o un'esplosione in caso di collisione. In condizioni normali, il nuovo elettrolita rimane morbido.
La ricerca del gruppo, guidato dal dottorato di ricerca di Zhu. studente Kewei Liu, è stato recentemente pubblicato su Journal of Power Sources :"Un elettrolita resistente agli urti a base di fluido ispessente da taglio per batterie agli ioni di litio sicure."
"Nelle batterie agli ioni di litio per l'uso nei veicoli elettrici, il catodo e l'anodo sono separati da una membrana molto morbida e da un elettrolita liquido, " ha detto Zhu. "La semplice sostituzione di un elettrolita liquido con la sua controparte solida è ancora un compito impegnativo perché entrambi gli elettrodi sono porosi e hanno bisogno di liquido per riempire i pori e stabilire un contatto. La nostra idea è che puoi ancora usare un elettrolita liquido in una situazione normale, ma con un liquido in grado di migliorare le proprie resistenze meccaniche all'urto. Così, abbiamo sviluppato un elettrolita ispessente da taglio."
Pensalo come una miscela di amido e acqua. Puoi metterci la mano e mescolare lentamente l'amido e l'acqua mentre senti pochissima resistenza. Però, se aumenti la velocità di agitazione, sentirai drammaticamente molta più resistenza. Infatti, una palla da bowling può rimbalzare sulla superficie di una miscela di amido di mais e acqua, che si comporta come un solido durante l'impatto.
Un liquido con tali proprietà è chiamato dilatante, un tipo di fluido non newtoniano. Se un elettrolita è anche un dilatante, eviterà il cortocircuito della batteria in caso di impatto esterno. Però, formare un elettrolita che ispessisce il taglio è molto più difficile che mescolare amido di mais e acqua, perché la composizione dell'elettrolita è complicata costituita da diversi ioni, solventi, e vari additivi.
"Nella nostra ricerca preliminare, "Zhu ha detto, "abbiamo dimostrato che un riempitivo in fibra di vetro a basso costo modificato può produrre l'elettrolita ispessente da taglio che stiamo cercando, che è compatibile con le batterie commerciali agli ioni di litio e mostra una migliore resistenza agli urti."
I video del gruppo di Zhu mostrano il proiettile con velocità diversa che colpisce il normale elettrolita liquido e l'elettrolita ispessente. L'elettrolita ispessente ha assorbito l'energia cinetica e ha rallentato significativamente il proiettile in movimento.
"Rispetto a un elettrolita liquido convenzionale, l'elettrolita di ispessimento del taglio non ridurrà significativamente le prestazioni delle batterie agli ioni di litio, " Zhu ha detto. "Durante un impatto, l'elettrolita di ispessimento del taglio si comporterà immediatamente come un solido e genererà una forza maggiore per resistere all'impatto esterno a causa dell'effetto di ispessimento del taglio. Questa soluzione è complementare al sistema di gestione termica esterna del pacco batterie, che spesso fallisce in risposta all'impatto improvviso"
Zhu ha affermato che la ricerca sul miglioramento delle batterie agli ioni di litio è relativamente nuova, soprattutto per l'uso in veicoli elettrici. Ha aggiunto che gli elettroliti di ispessimento del taglio possono avere altri usi di nicchia, come nei dispositivi di accumulo di energia antiproiettile.
