Nieuw materiaal stopt EV-batterijbranden door thermische runaway te voorkomen, zoals bij de Teslas die tijdens orkaan Helene onder water kwamen te staan

Hoewel de statistieken van Tesla de populaire mythe ontkrachten dat EV-batterijbranden vaak voorkomen, valt niet te ontkennen dat als ze eenmaal gebeuren, het pakket heel moeilijk te blussen is.

Er zijn vele malen meer liters water nodig om een brand veroorzaakt door een batterij van een elektrisch voertuig te blussen, omdat de pakketten in spontane verbrandingsmodus gaan door een fenomeen dat bekend staat als thermische runaway en waartegen geen gewone brandblusser is opgewassen.

Voordat orkaan Helene over de kust van Florida raasde, waarschuwde gouverneur DeSantis bijvoorbeeld burgers met elektrische auto's om deze naar hoger gelegen gronden te brengen. In de nasleep tweette de Dunedin Fire Rescue afdeling"als uw elektrische voertuig in contact is gekomen met overstromingswater, laad het dan niet op en start het niet", met het advies dat ondergelopen EV's eerst door brandweerlieden moeten worden geïnspecteerd.

Om hun punt te bewijzen, ontbrandde het accupakket van zo'n Model X nadat het in contact was gekomen met het corrosieve zoute water terwijl het in de garage stond, en brandde het hele gebouw af. Eerdere orkanen hebben ook geleid tot een onevenredig aantal elektrische voertuigen die in brand zijn gevlogen, en een Tesla is zelfs uitgebrand maanden nadat hij overstroomd was en naar een autokerkhof. Het duurde even voordat de Model S in een plas water werd gedompeld om de vlammen te doven, en dat allemaal vanwege de thermische runaway die het kortsluiten van elektroden in geïsoleerde cellen kan uitbreiden naar het hele pack.

Thermische runaway is precies wat een nieuw materiaal van LG Chem in de kiem smoort. Onderzoekers van LG hebben een composiet gemaakt dat zeer snel kan reageren op temperatuurschommelingen door de elektrische weerstand drastisch te veranderen. Het materiaal kan worden opgerold tot een thermische runaway-preventielaag van slechts 1 μm dik. Deze laag bevindt zich tussen de kathode en de aluminiumfolie die dient als stroomcollector voor elektronen in een lithiumbatterij.

De veiligheidsversterkte laag is gemaakt van polythiofeen dat ontworpen is om zijn moleculaire structuur te veranderen bij temperaturen boven het typische werkingsbereik van 90°C - 130°C van de batterij.

De stijgende temperatuur zorgt voor een snelle toename van de elektrische weerstand van 5000 ohm voor elke verandering van 1°C. Het maximum dat het temperatuurgevoelige materiaal kan bereiken is 1000 keer de weerstand bij normale batterijbedrijfstemperaturen, waardoor de elektrische stroom tijdens de ontsteking effectief wordt uitgeschakeld. De laag fungeert dus als een levensvatbare zekering voor elke individuele cel die de stroom stopt en voorkomt dat de batterij thermisch overloopt en dus in brand vliegt.

Eerdere methoden, waarbij temperatuurgevoelige materialen in de batterijcel werden geplaatst, hadden vaak problemen met trage reactietijden of verminderde energiedichtheid. LG Chem heeft echter met succes een materiaal ontwikkeld dat dergelijke problemen oplost, ondersteund door hun expertise en gepatenteerd materiaalontwerp, waardoor een snelle toepassing in massaproductieprocessen mogelijk is.

De onderzoekers van LG Chem stelden het nieuwe veiligheidsmateriaal voor batterijen op de proef door batterijen met en zonder het materiaal te doorboren en er gewichten op te laten vallen. Geen van de cellen met de gewijzigde polythiofeenlaag ging over in een volledig thermische runaway-toestand, terwijl alle gewone batterijen in de valproef en 84% van de batterijen in de doorprikproef volledig doorbrandden.

De kers op de brandpreventietaart voor lithiumbatterijen is dat het nieuwe materiaal snel kan worden opgeschaald voor massaproductie van rol tot rol. LG heeft de veiligheidscontrole van telefoonbatterijen met de beschermende laag al achter de rug en is van plan om het volgend jaar te certificeren voor gebruik in grotere elektrische voertuigpakketten.

"Dit is een tastbare onderzoeksprestatie die in korte tijd kan worden toegepast op massaproductie," vertelt de CTO van LG Chem, die zich verheugt dat de uitvinding van het materiaal"de veiligheidstechnologie zal verbeteren om ervoor te zorgen dat klanten elektrische voertuigen met vertrouwen kunnen gebruiken."