منع انفجارات بطارية الليثيوم أيون بالألماس

بالمقارنة مع تقنيات البطاريات الأخرى ، تتمتع بطاريات ليثيوم أيون (Li-ion) بكثافة طاقة عالية نسبيًا وعمرًا طويلاً. لقد مكنهم تطورهم على مر السنين من أن يكونوا تقنية البطاريات المفضلة في عدد من المجالات.

وتشمل هذه تشغيل الأجهزة الإلكترونية المحمولة ، و سيارة كهربائية. في حين أنهم يمتلكون خصائص مرغوبة ويتفوقون على التقنيات الأخرى المتاحة تجاريًا ، إلا أنهم لا يخلون من مشاكلهم.

بطاريات ليثيوم أيون يمكن أن تنفجر بشكل خطير في ظل الظروف المناسبة. هذا هو سبب قلق كبير. إن الخطر المحتمل هو أن شركات الطيران تسمح فقط بتكنولوجيا البطاريات هذه في الأمتعة المحمولة.

عندما يأتي موضوع انفجار بطاريات Li-ion ، سيئ السمعة هاتف Samsung Galaxy Note 7 يتبادر إلى الذهن على الفور. تم استدعاء العديد من البطاريات في النهاية إلى جهاز Samsung انفجر ببساطة.

الجدل المرتبط ب انفجرت hoverboards ينبثق أيضًا. القاسم المشترك بين هذين السيناريوهين هو أن الانفجارات كانت نتيجة خلل في بطاريات Li-ion.

بينما حظيت هاتان الحالتان باهتمام كبير ، أجهزة أخرى تحتوي على بطاريات ليثيوم أيون انفجرت من قبل. على الرغم من ندرة وجود بطاريات يتم التحكم فيها بشكل صحيح ، إلا أن انفجار بطارية Li-ion يمثل خطرًا خطيرًا لا ينبغي الاستخفاف به.

مجموعة من الباحثين من جامعة دريكسيل أدركت أنه لا تزال هناك مخاطر مرتبطة بتكنولوجيا البطاريات هذه وتوصلت إلى تطور مثير للاهتمام لهذه القصة. يستخدمون الماس لجعل البطاريات أكثر استقرارًا! أريد حقًا أن أخبركم بكل شيء عن هذا الحل الجديد ، لكن أولاً ، دعنا ننتقل إلى بعض المعلومات الأساسية.

المكونات الرئيسية للبطارية هي كما يلي:

• المحطات الموجبة والسالبة: هذه هي نقاط الاتصال للمعدات الكهربائية. أنها تسمح للكهرباء بالمرور من البطارية إلى الجهاز.
• الأنود والكاثود: تحدث تفاعلات كيميائية عند هذه الأقطاب الكهربائية المسؤولة عن توليد تيار.
• بالكهرباء: هذا وسيط يسمح بتدفق الشحنة بين الكاثود والأنود.

كيف تفشل بطاريات ليثيوم أيون وتنفجر لاحقًا

تحدث الانفجارات في بطاريات Li-ion بشكل أساسي بسبب قصر الدائرة للأطراف الموجبة والسالبة. يمكن أن يتسبب تكوين هياكل تسمى التشعبات داخل البطاريات في حدوث هذه الدوائر القصيرة.

أ دائرة مقصورة هو اتصال كهربائي يسبب تدفق تيار مفرط ويولد حرارة.

التشعبات هي عمليات تراكم يمكن أن تتشكل داخل بطارية Li-ion.

بشكل أساسي ، تقوم هذه التشعبات بتقصير طرفي البطارية الموجب والسالب للبطارية ، مما يؤدي إلى توليد كميات كبيرة من الحرارة وإشعال الإلكتروليت داخل البطارية.

معظم الالكتروليتات قابلة للاشتعال. عند الاشتعال ، عادة ما يتسبب المنحل بالكهرباء في حدوث انفجار.

تدابير السلامة

لحسن الحظ ، توجد آليات أمان في بطاريات Li-ion عالية الجودة.

التدابير الحالية

من أجل منع تشكل التغصنات ، تستخدم بطاريات Li-ion الموجودة حاليًا في السوق قطبًا من الجرافيت مملوءًا بالليثيوم. بينما يمنع هذا التكوين تشكيل التغصنات ، فإنه يقلل أيضًا من كثافة طاقة البطارية.

إذا كان هذا القطب مصنوعًا من الليثيوم النقي ، فستكون للبطاريات حوالي 10 أضعاف سعتها الحالية. ومع ذلك ، من المرجح أيضًا أن تنفجر بسبب زيادة احتمالية تكوين التغصنات.

هذه الطريقة فعالة جدا. ومع ذلك ، تميل البطاريات ذات الجودة المنخفضة إلى عدم فهمها بشكل صحيح مما قد يؤدي إلى حدوث انفجارات. في حين أن هذا هو الحال ، فإن الطريقة الموضحة بعد ذلك يمكن أن تكون آلية أمان أفضل.

حل باحثو دريكسيل الجديد

توصل فريق Drexel إلى حل جديد للحفاظ على كثافة طاقة الليثيوم النقي مع تعزيز السلامة. لقد صمموا بطارية تستخدم قطب كهربائي نقي من الليثيوم. من أجل مواجهة تشكل التغصنات ، فإنها تغرس محلول الإلكتروليت مع الألماس النانوي.

الماسات النانوية عبارة عن ماس صغير للغاية.

تقلل الألماس النانوي بشكل كبير من خطر التفاعل الكيميائي الذي يحدث في الأقطاب الكهربائية مما يؤدي إلى تكوين التغصنات. يتم طلاء الليثيوم على أحد الأقطاب أثناء تفريغ البطارية. تسهل الألماس النانوي طلاء موحد ، مما يمنع التشعبات.

افكار اخيرة

يعترف الفريق أنه على الرغم من أن هذه الطريقة فعالة تمامًا بناءً على اختباراتهم ، فمن الصعب القول إن طريقتهم ستقضي تمامًا على تكوين التغصنات. مع هذا ، فإن هذه الطريقة واعدة تمامًا لأنها تعزز السلامة وتسمح ببطارية ذات سعة أعلى.

آخر تحديث في 03 فبراير 2022

قد تحتوي المقالة أعلاه على روابط تابعة تساعد في دعم Guiding Tech. ومع ذلك ، فإنه لا يؤثر على نزاهة التحرير لدينا. يبقى المحتوى غير متحيز وأصيل.