Prevence explozí lithium-iontových baterií s diamanty
Různé / / February 22, 2022
Ve srovnání s jinými technologiemi baterií mají lithium-iontové (Li-ion) baterie relativně vysokou hustotu energie a dlouhou životnost. Jejich vývoj v průběhu let umožnil, aby se staly technologií baterií volbou v řadě oblastí.
Patří mezi ně napájení přenosné elektroniky a elektrická vozidla. I když mají žádoucí vlastnosti a překonávají ostatní komerčně dostupné technologie, nejsou bez problémů.
Li-ion baterie může za správných podmínek nebezpečně explodovat. To je důvod k velkým obavám. Jejich potenciální nebezpečí je takové, že letecké společnosti povolují tuto technologii baterií pouze v příručních zavazadlech.
Když přijde téma explodujících Li-ion baterií, nechvalně známé Samsung Galaxy Note 7 okamžitě přijde na mysl. Několik baterií tohoto staženého zařízení Samsung jednoduše explodovalo.
Kontroverze spojené s explodující hoverboardy také vyskočí. Společným jmenovatelem těchto dvou scénářů je, že výbuchy byly způsobeny vadnými Li-ion bateriemi.
I když se těmto dvěma případům dostalo velké pozornosti,
další zařízení obsahující Li-ion baterie již dříve explodovaly. Ačkoli je to u správně řízených baterií vzácné, explodující Li-ion baterie představuje vážné riziko, které by se nemělo brát na lehkou váhu.Skupina výzkumníků z Drexel University uznali, že stále existují rizika spojená s touto technologií baterií, a přišli s zajímavý zvrat k tomuto příběhu. Používají diamanty, aby byly baterie stabilnější! Opravdu vám chci říci vše o tomto novém řešení, ale nejprve si projdeme základní informace.
Hlavní součásti baterie jsou následující:
- Kladné a záporné svorky: Toto jsou styčné body pro elektrická zařízení. Umožňují průchod elektřiny z baterie do zařízení.
- Anoda a katoda: Na těchto elektrodách dochází k chemickým reakcím, které jsou zodpovědné za generování proudu.
- Elektrolyt: Toto je médium, které umožňuje tok náboje mezi katodou a anodou.
Jak lithium-iontové baterie selžou a následně explodují
K výbuchům Li-ion baterií dochází hlavně v důsledku zkratování kladných a záporných pólů. Tyto zkraty může způsobit tvorba struktur nazývaných dendrity na vnitřní straně baterií.
A zkrat je elektrické spojení, které způsobuje nadměrný tok proudu a vytváří teplo.
Dendrity jsou nánosy, které se mohou tvořit uvnitř Li-ion baterie.
Tyto dendrity v podstatě zkratují kladné a záporné póly baterie, vytvářejí velké množství tepla a zapalují elektrolyt uvnitř baterie.
Většina elektrolytů je hořlavá. Při vznícení elektrolyt obvykle způsobí explozi.
Bezpečnostní opatření
Naštěstí existují bezpečnostní mechanismy ve vysoce kvalitních Li-ion bateriích.
Současná opatření
Aby se zabránilo tvorbě dendritů, používají Li-ion baterie, které jsou v současnosti na trhu, grafitovou elektrodu, která je naplněna lithiem. I když tato konfigurace potlačuje tvorbu dendritů, snižuje také hustotu energie baterie.
Pokud je tato elektroda vyrobena z čistého lithia, baterie by měly přibližně 10násobek své současné kapacity. Také by však pravděpodobněji explodovaly kvůli zvýšenému potenciálu tvorby dendritů.
Tato metoda je poměrně účinná. Baterie podprůměrné kvality však obvykle nedosahují správného stavu, což může vést k explozi. I když tomu tak je, metoda popsaná dále by mohla být potenciálně ještě lepším bezpečnostním mechanismem.
Nové řešení Drexel Researchers
Tým Drexel přišel s novým řešením, jak zachovat hustotu energie čistého lithia a zároveň zvýšit bezpečnost. Navrhli baterii, která využívá čisté lithiové elektrody. Aby se zabránilo tvorbě dendritů, napouštějí roztok elektrolytu nanodiamanty.
Nanodiamanty jsou extrémně malé diamanty.
Nanodiamanty drasticky snižují riziko chemické reakce na elektrodách vedoucí k tvorbě dendritů. Lithium je naneseno na jednu z elektrod během vybíjení baterie. Nanodiamanty usnadňují rovnoměrný povlak a zabraňují vzniku dendritů.
Závěrečné myšlenky
Tým připouští, že i když je tato metoda na základě jejich testů poměrně účinná, je těžké říci, že by jejich metoda zcela eliminovala tvorbu dendritů. Vzhledem k tomu je tato metoda docela slibná, protože zvyšuje bezpečnost a umožňuje baterii s vyšší kapacitou.
Poslední aktualizace 3. února 2022
Výše uvedený článek může obsahovat přidružené odkazy, které pomáhají podporovat Guiding Tech. Nemá to však vliv na naši redakční integritu. Obsah zůstává nezaujatý a autentický.