Lika banbrytande som elfordon är, de är fortfarande sårbara för en akilleshäl – själva källan som ger dem kraft.

En av de vanligaste typerna av batterier som används i elfordon, litiumjonbatterier - eller litiumjonbatterier - är känsliga för att fatta eld eller explodera som ett resultat av en krock eller annan större påverkan på fordonet. Stöten resulterar i den interna kortslutningen av elektroderna. Den lilla branden kan sprida sig genom hela batteriet och till andra delar av bilen genom "termisk runaway".

"Även om betydande ansträngningar har gjorts för den termiska hanteringen av battericellerna, batteribränder och explosioner i de senaste elbilsolyckorna utgör betydande oro i allmänheten, sa Yu Zhu, Ph.D., docent i polymervetenskap vid University of Akron (UA). "I de flesta fallen, batteriet antändes när det inte användes under normal användning, till exempel genom en stor extern påverkan, eller kraschar."

Zhu och hans team av doktorander vid UA:s College of Polymer Science and Polymer Engineering arbetar för att förbättra säkerheten för Li-ion-batterier genom att skapa en skjuvförtjockande elektrolyt – ett ämne som kan bli tjockare vid stötar, inställt mellan batteriets anod och katod som kommer att vara slagtålig, alltså inte orsaka brand eller explosion vid någon kollision. Under normala förhållanden, den nya elektrolyten förblir mjuk.

Gruppens forskning, ledd av Zhus Ph.D. student Kewei Liu, publicerades nyligen i Journal of Power Sources :"En skjuvförtjockande vätskebaserad slagtålig elektrolyt för säkra Li-ion-batterier."

"I Li-ion-batterier för användning i elfordon, katoden och anoden är åtskilda av ett mycket mjukt membran och en flytande elektrolyt, ", sa Zhu. "Att bara ersätta en flytande elektrolyt med dess fasta motsvarighet är fortfarande en utmanande uppgift eftersom båda elektroderna är porösa och de behöver vätska för att fylla porerna och få kontakt. Vår idé är att du fortfarande kan använda en vätskeliknande elektrolyt under en normal situation, men med en vätska som kan förbättra sin egen mekaniska styrka vid stötar. Så, vi utvecklade en skjuvförtjockande elektrolyt."

Se det som en blandning av stärkelse och vatten. Du kan sätta din hand i den och långsamt röra om stärkelsen och vattnet samtidigt som du känner väldigt lite motstånd. Dock, om du ökar din omrörningshastighet, du kommer dramatiskt att känna mycket mer motstånd. Faktiskt, en bowlingklot kan studsa från ytan av en majsstärkelse- och vattenblandning, som beter sig som ett fast ämne under sammanstötningen.

En vätska med sådana egenskaper kallas dilatant, en typ av icke-newtonsk vätska. Om en elektrolyt också är en dilatant, det kommer att förhindra att batteriet kortsluts vid yttre påverkan. Dock, att bilda en skjuvförtjockande elektrolyt är mycket svårare än att blanda majsstärkelse och vatten, eftersom elektrolytens sammansättning är komplicerad och består av olika joner, lösningsmedel, och olika tillsatser.

"I vår preliminära forskning, "Zhu sa, "Vi visade att ett modifierat lågprisglasfiberfyllmedel kan producera den skjuvförtjockande elektrolyten vi letar efter, som är kompatibel med kommersiella Li-ion-batterier och uppvisar förbättrad slaghållfasthet."

Videor från Zhus grupp visar att kulan med olika hastighet påverkar den vanliga flytande elektrolyten och skjuvförtjockande elektrolyten. Den skjuvförtjockande elektrolyten absorberade den kinetiska energin och bromsade den rörliga kulan avsevärt.

"Jämfört med en konventionell flytande elektrolyt, den skjuvförtjockande elektrolyten kommer inte att avsevärt minska prestandan hos Li-ion-batterier, " sa Zhu. "Under en påverkan, den skjuvförtjockande elektrolyten kommer omedelbart att bete sig som en fast substans och generera större kraft för att motstå yttre påverkan på grund av den skjuvförtjockande effekten. Denna lösning kompletterar batteripaketets externa värmehanteringssystem, som ofta kommer till korta som svar på den plötsliga effekten"

Zhu sa att forskningen om förbättring av litiumjonbatterier är relativt ny, speciellt för användning i elfordon. Han tillade att skjuvförtjockande elektrolyter kan ha andra nischanvändningar, som i skottsäkra energilagringsenheter.