Ein Forscher der University of Central Florida hat eine Technologie entwickelt, die Brände von Elektrofahrzeugen verhindern könnte, wie sie durch Salzwasserüberschwemmungen durch den Hurrikan Ian verursacht werden.
Die Technologie, eine wässrige Batterie, ersetzt die flüchtigen und leicht entzündlichen organischen Lösungsmittel, die in Lithium-Ionen-Batterien von Elektrofahrzeugen enthalten sind, durch Salzwasser, um eine Batterie zu schaffen, die sicherer ist, schneller lädt, genauso leistungsstark ist und bei Überschwemmungen keinen Kurzschluss verursacht.
Die Arbeit wird in einer neuen Studie in ausführlich beschrieben Naturkommunikation.
„Während des Hurrikans Ian fingen viele Elektroautos Feuer, nachdem sie von Hochwasser durchnässt worden waren“, sagt Yang Yang, außerordentlicher Professor an der UCF NanoScience Technologiezentrumr der die Forschung leitete. „Das liegt daran, dass das Salzwasser die Batterie korrodiert und einen Kurzschluss verursacht, der die brennbaren Lösungsmittel und andere Komponenten entzündet. Unsere Batterie verwendet Salzwasser als Elektrolyt, wodurch die leicht flüchtigen Lösungsmittel entfallen.“
Ein weiterer Schlüssel zum Design der Batterie ist ihre neuartige Nanotechnik, die es der Batterie ermöglicht, die Einschränkungen früherer wässriger Batterien zu überwinden, wie z. B. langsame Ladezeiten und schlechte Stabilität.
Der von UCF entwickelte Akku ist schnell aufgeladen und erreicht die volle Ladung in drei Minuten, im Vergleich zu den Stunden, die Lithium-Ionen-Akkus benötigen.
Yang ist Experte für die Entwicklung von Materialien für Erneuerbare Energiegeräte wie Batterien mit verbesserter Sicherheit.
Brände in Salzwasser-Elektrofahrzeugen
Das Problem der Brände von Elektrofahrzeugen nach Salzwasserüberschwemmungen tauchte während des Hurrikans Sandy im Jahr 2012 und des Hurrikans Isaias im Jahr 2020 auf.
Als Ergebnis haben die US Fire Administration und die National Highway Traffic Safety Administration spezielle Anleitungen für die Beantwortung herausgegeben zu Elektrofahrzeugbränden, die durch Salzwasserüberschwemmungen verursacht wurden.
Die Brände erfordern reichlich Wasser zum Löschen, wobei die International Association of Fire Chiefs den Feuerwehrleuten empfiehlt, eine kontinuierliche und nachhaltige Wasserversorgung von 3.000 bis 8.000 Gallonen sicherzustellen.
Nach dem Hurrikan Ian, bei dem viele Autos nach Angaben der USA zumindest teilweise in Salzwasser getaucht wurden, wurden in den Landkreisen Collier und Lee in Florida mindestens 12 Brände von Elektrofahrzeugen gemeldet. Feuerwehrverwaltung.
Entwerfen der Batterie
Frühere Konstruktionen von wässrigen Batterien litten unter niedriger Energieabgabe, Instabilität, dem Wachstum schädlicher metallischer Strukturen, den sogenannten Dendriten, an der negativen Elektrode und Korrosion.
Durch die Verwendung von Salzwasser als Flüssigelektrolyt der Batterie konnten die UCF-Forscher natürlich im Salzwasser vorkommende Metallionen wie Natrium, Kalium, Kalzium und Magnesium verwenden, um eine Dual-Kationen-Batterie zu schaffen, die mehr Energie speichert. Diese Implementierung ermöglichte es ihnen, die Trägheit früherer wässriger Einzelkationen-Batteriedesigns zu überwinden.
Um Probleme mit Instabilität, Dendritenwachstum und Korrosion zu lösen, konstruierten die Forscher eine waldähnliche 3D-Zink-Kupfer-Anode, die oben eine dünne Zinkoxid-Schutzschicht enthielt.
Die neuartige, nanotechnologisch hergestellte Oberfläche, die wie ein Wald aus der Vogelperspektive aussieht, ermöglicht den Forschern die präzise Steuerung elektrochemischer Reaktionen und erhöht so die Stabilität und Schnellladefähigkeit der Batterie.
Darüber hinaus verhinderte die Zinkoxidschicht dendritisches Wachstum von Zink, was unter Verwendung von Lichtmikroskopie bestätigt wurde.
„Diese Batterien, die die in meinem Labor entwickelten neuartigen Materialien verwenden, bleiben auch dann sicher, wenn sie unsachgemäß verwendet oder in Salzwasser geflutet werden“, sagt Yang. „Unsere Arbeit kann dazu beitragen, die Technologie von Elektrofahrzeugen zu verbessern und sie als zuverlässige und sichere Form des Reisens weiter voranzutreiben.“
Lizenzierung und Danksagungen
Die zum Patent angemeldete Technologie ist verfügbar für Lizenzierung über das UCF-Büro für Technologietransfer.
Die Forschung wurde mit Mitteln der US National Science Foundation und des American Chemical Society Petroleum Research Fund unterstützt.
Yang hat gemeinsame Positionen im NanoScience Technology Center der UCF und im Department of Materials Science and Engineering, das Teil des College of Engineering and Computer Science der Universität ist. Er ist Mitglied des Renewable Energy and Chemical Transformation (REACT) Clusters der UCF. Er hat auch eine sekundäre gemeinsame Ernennung im Department of Chemistry der UCF und im Stephen W. Hawking Center for Microgravity Research and Education. Bevor er 2015 zu UCF kam, war er Postdoktorand an der Rice University und Alexander von Humboldt-Stipendiat an der Universität Erlangen-Nürnberg in Deutschland. Er promovierte in Materialwissenschaften an der Tsinghua University in China.
Studientitel: Dreidimensionale Zn-basierte Legierungen für dendritenfreie wässrige Zn-Batterien in Dual-Kationen-Elektrolyten
Mit freundlicher Genehmigung von Universität von Zentralflorida. Von Robert Wells.
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