Ny batteriteknik från University of Michigan borde kunna förhindra den typ av bränder som grundade Boeing 787 Dreamliners 2013.
Innovationen är en avancerad barriär mellan elektroderna i ett litiumjonbatteri.
Tillverkad med nanofibrer extraherade från Kevlar, det tuffa materialet i skottsäkra västar, barriären kväver tillväxten av metallrankor som kan bli oönskade vägar för elektrisk ström.
Ett U-M-team av forskare grundade också Ann Arbor-baserade Elegus Technologies för att föra denna forskning från labbet till marknaden. Massproduktion förväntas starta under fjärde kvartalet 2016.
"Till skillnad från andra ultrastarka material som kolnanorör, Kevlar är en isolator, "sade Nicholas Kotov, Joseph B. och Florence V. Cejka professor i teknik. "Den här egenskapen är perfekt för separatorer som behöver förhindra kortslutning mellan två elektroder."
Litiumjonbatterier fungerar genom att överföra litiumjoner från en elektrod till den andra. Detta skapar en laddningsobalans, och eftersom elektroner inte kan gå genom membranet mellan elektroderna, de går igenom en krets istället och gör något nyttigt på vägen.
Men om hålen i membranet är för stora, litiumatomerna kan bygga upp sig själva till ormbunksliknande strukturer, kallas dendriter, som så småningom sticker igenom membranet. Om de når den andra elektroden, elektronerna har en väg inuti batteriet, kortslutning av kretsen. Så här tros batteribränderna på Boeing 787 ha startat.
"Ormbunkesformen är särskilt svår att stoppa på grund av dess nanoskala spets, sa Siu On Tung, en doktorand i Kotovs labb, samt teknikchef på Elegus. "Det var mycket viktigt att fibrerna bildade mindre porer än spetsstorleken."
Medan bredden på porerna i andra membran är några hundra nanometer, eller några hundra tusendelar av en centimeter, porerna i membranet som utvecklas vid U-M är 15 till 20 nanometer i diameter. De är tillräckligt stora för att låta enskilda litiumjoner passera, men tillräckligt liten för att blockera 20-till-50-nanometerspetsarna på ormbunksstrukturerna.
Forskarna gjorde membranet genom att lägga fibrerna ovanpå varandra i tunna ark. Denna metod håller de kedjeliknande molekylerna i plasten utsträckta, vilket är viktigt för god litiumjonledningsförmåga mellan elektroderna, Sa Tung.
"Det speciella med detta material är att vi kan göra det väldigt tunt, så att vi kan få in mer energi i samma battericellstorlek, eller så kan vi krympa cellstorleken, " sa Dan VanderLey, en ingenjör som hjälpte till att grunda Elegus genom U-M:s Master of Entrepreneurship-program. "Vi har sett ett stort intresse från människor som vill göra tunnare produkter."
Trettio företag har begärt prover på materialet.
Kevlars värmebeständighet kan också leda till säkrare batterier eftersom membranet har större chans att överleva en brand än de flesta membran som för närvarande används.
Medan teamet är nöjda med membranets förmåga att blockera litiumdendriterna, de letar för närvarande efter sätt att förbättra flödet av lösa litiumjoner så att batterier kan laddas och frigöra sin energi snabbare.
Studien, "En dendrit-dämpande fast jonledare från aramid nanofibrer, "kommer att visas online den 27 januari Naturkommunikation .
