Forebyggelse af lithium-ion batterieksplosioner med diamanter

Sammenlignet med andre batteriteknologier har lithium-ion (Li-ion) batterier en relativt høj energitæthed og lang levetid. Deres udvikling gennem årene har gjort dem i stand til at være den foretrukne batteriteknologi på en række områder.

Disse omfatter strømforsyning til bærbar elektronik og elektriske køretøjer. Selvom de besidder ønskværdige egenskaber og overgår anden kommercielt tilgængelig teknologi, er de dog ikke uden problemer.

Li-ion batterier kan eksplodere farligt under de rette forhold. Dette giver anledning til stor bekymring. Deres potentielle fare er sådan, at flyselskaberne kun tillader denne batteriteknologi i håndbagage.

Når emnet eksploderende Li-ion-batterier kommer op, er det berygtede Samsung Galaxy Note 7 kommer straks til at tænke på. Flere batterier i denne tilbagekaldte Samsung-enhed eksploderede simpelthen.

Striden forbundet med eksploderende hoverboards dukker også op. Fællesnævneren mellem disse 2 scenarier er, at eksplosionerne var et resultat af defekte Li-ion-batterier.

Mens disse 2 sager fik meget opmærksomhed, andre enheder indeholdende Li-ion-batterier er eksploderet før. Selvom det er sjældent med korrekt kvalitetskontrollerede batterier, er et eksploderende Li-ion-batteri en alvorlig risiko, som ikke bør tages let på.

En gruppe forskere fra Drexel Universitet anerkendt, at der stadig er risici forbundet med denne batteriteknologi og er kommet med en interessant twist til denne historie. De bruger diamanter for at gøre batterierne mere stabile! Jeg vil virkelig gerne fortælle dig alt om denne nye løsning, men lad os først gennemgå nogle baggrundsoplysninger.

Hovedkomponenterne i et batteri er som følger:

• Positive og negative terminaler: Dette er kontaktpunkterne for elektrisk udstyr. De tillader elektricitet at passere fra batteriet til udstyret.
• Anode og katode: Der forekommer kemiske reaktioner ved disse elektroder, som er ansvarlige for dannelsen af ​​en strøm.
• Elektrolyt: Dette er et medium, der tillader strømmen af ​​ladning mellem katoden og anoden.

Hvordan lithium-ion-batterier svigter og efterfølgende eksploderer

Eksplosioner i Li-ion-batterier opstår hovedsageligt på grund af kortslutning af de positive og negative poler. Dannelsen af ​​strukturer kaldet dendritter på indersiden af ​​batterier kan forårsage disse kortslutninger.

EN kortslutning er en elektrisk forbindelse, som forårsager overdreven strøm og genererer varme.

Dendritter er ophobninger, som kan dannes på indersiden af ​​et Li-ion-batteri.

I det væsentlige kortslutter disse dendritter batteriets positive og negative poler, genererer store mængder varme og antænder elektrolytten inde i batteriet.

De fleste elektrolytter er brandfarlige. Når den antændes, vil en elektrolyt normalt forårsage en eksplosion.

Sikkerhedsforanstaltninger

Heldigvis findes der sikkerhedsmekanismer i højkvalitets Li-ion-batterier.

Nuværende foranstaltninger

For at forhindre dannelse af dendrit bruger Li-ion-batterier på markedet i øjeblikket en grafitelektrode, som er fyldt med lithium. Selvom denne konfiguration undertrykker dendritdannelse, reducerer den også batteriets energitæthed.

Hvis denne elektrode er lavet af rent lithium, ville batterier have omkring 10 gange deres nuværende kapacitet. Men de ville også være mere tilbøjelige til at eksplodere på grund af et øget potentiale for dendritdannelse.

Denne metode er ret effektiv. Batterier af underlige kvalitet har dog en tendens til ikke at få det helt rigtigt, hvilket kan resultere i eksplosioner. Selvom dette er tilfældet, kan den næste beskrevne metode potentielt være en endnu bedre sikkerhedsmekanisme.

Drexel Researchers Novel Solution

Drexel-teamet kom med en ny løsning til at bevare energitætheden af ​​ren lithium og samtidig forbedre sikkerheden. De har designet et batteri, der gør brug af en ren Lithium-elektrode. For at modvirke dendritdannelse tilfører de elektrolytopløsningen nanodiamanter.

Nanodiamanter er ekstremt små diamanter.

Nanodiamanterne reducerer drastisk risikoen for, at den kemiske reaktion sker ved elektroderne, hvilket resulterer i dendritdannelse. Lithium er belagt på en af ​​elektroderne under batteriafladning. Nanodiamanterne letter en ensartet belægning og forhindrer dendritter.

Afsluttende tanker

Holdet indrømmer, at selvom denne metode er ret effektiv baseret på deres tests, er det svært at sige, at deres metode helt ville eliminere dendritdannelse. Når det er sagt, er denne metode ret lovende, da den øger sikkerheden og giver mulighed for et batteri med højere kapacitet.

Sidst opdateret den 3. februar, 2022

Ovenstående artikel kan indeholde tilknyttede links, som hjælper med at understøtte Guiding Tech. Det påvirker dog ikke vores redaktionelle integritet. Indholdet forbliver upartisk og autentisk.