Πρόληψη εκρήξεων μπαταριών ιόντων λιθίου με διαμάντια

Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες μπαταριών, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion) έχουν σχετικά υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και μεγάλη διάρκεια ζωής. Η ανάπτυξή τους με την πάροδο των ετών τους επέτρεψε να είναι η τεχνολογία μπαταριών της επιλογής σε πολλούς τομείς.

Αυτά περιλαμβάνουν την τροφοδοσία φορητών ηλεκτρονικών ειδών και ηλεκτρικά οχήματα. Αν και διαθέτουν επιθυμητά χαρακτηριστικά και ξεπερνούν τις άλλες εμπορικά διαθέσιμες τεχνολογίες, ωστόσο δεν είναι χωρίς προβλήματα.

Μπαταρίες Li-ion μπορεί να εκραγεί επικίνδυνα κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες. Αυτό είναι λόγος για μεγάλη ανησυχία. Ο πιθανός κίνδυνος τους είναι τέτοιος που οι αεροπορικές εταιρείες επιτρέπουν αυτήν την τεχνολογία μπαταρίας μόνο στις χειραποσκευές.

Όταν έρχεται το θέμα της έκρηξης των μπαταριών ιόντων λιθίου, το διαβόητο Samsung Galaxy Note 7 έρχεται αμέσως στο μυαλό. Πολλές μπαταρίες αυτής της συσκευής Samsung που ανακλήθηκε τελικά απλά εξερράγησαν.

Η διαμάχη που σχετίζεται με εκρηκτικά hoverboard εμφανίζεται επίσης. Ο κοινός παρονομαστής μεταξύ αυτών των 2 σεναρίων είναι ότι οι εκρήξεις ήταν αποτέλεσμα ελαττωματικών μπαταριών ιόντων λιθίου.

Ενώ αυτές οι 2 περιπτώσεις έτυχαν μεγάλης προσοχής, άλλες συσκευές που περιέχουν μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν εκραγεί στο παρελθόν. Αν και είναι σπάνιο με σωστά ελεγχόμενες μπαταρίες ποιότητας, μια μπαταρία ιόντων λιθίου που εκρήγνυται είναι ένας σοβαρός κίνδυνος που δεν πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη.

Μια ομάδα ερευνητών από Πανεπιστήμιο Drexel αναγνώρισε ότι εξακολουθούν να υπάρχουν κίνδυνοι που συνδέονται με αυτήν την τεχνολογία μπαταριών και έχουν καταλήξει σε ένα ενδιαφέρουσα ανατροπή σε αυτή την ιστορία. Χρησιμοποιούν διαμάντια για να κάνουν τις μπαταρίες πιο σταθερές! Θέλω πραγματικά να σας πω τα πάντα για αυτήν τη νέα λύση, αλλά πρώτα, ας δούμε μερικές βασικές πληροφορίες.

Πώς οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτυγχάνουν και στη συνέχεια εκρήγνυνται

Οι εκρήξεις στις μπαταρίες ιόντων λιθίου συμβαίνουν κυρίως λόγω του βραχυκυκλώματος των θετικών και αρνητικών ακροδεκτών. Ο σχηματισμός δομών που ονομάζονται δενδρίτες στο εσωτερικό των μπαταριών μπορεί να προκαλέσει αυτά τα βραχυκυκλώματα.

Ουσιαστικά, αυτοί οι δενδρίτες βραχυκυκλώνουν τους θετικούς και αρνητικούς πόλους της μπαταρίας, δημιουργώντας μεγάλες ποσότητες θερμότητας και αναφλέγοντας τον ηλεκτρολύτη στο εσωτερικό της μπαταρίας.

Οι περισσότεροι ηλεκτρολύτες είναι εύφλεκτοι. Όταν αναφλέγεται, ένας ηλεκτρολύτης συνήθως προκαλεί έκρηξη.

Μέτρα ασφαλείας

Ευτυχώς, υπάρχουν μέτρα ασφαλείας σε μπαταρίες Li-ion υψηλής ποιότητας.

Τρέχοντα Μέτρα

Προκειμένου να αποφευχθεί ο σχηματισμός δενδρίτη, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου που κυκλοφορούν αυτή τη στιγμή στην αγορά χρησιμοποιούν ένα ηλεκτρόδιο γραφίτη που είναι γεμάτο με λίθιο. Ενώ αυτή η διαμόρφωση, καταστέλλει το σχηματισμό δενδρίτη, μειώνει επίσης την ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας.

Εάν αυτό το ηλεκτρόδιο είναι κατασκευασμένο από καθαρό λίθιο, οι μπαταρίες θα έχουν περίπου 10 φορές την τρέχουσα χωρητικότητα τους. Ωστόσο, θα ήταν επίσης πιο πιθανό να εκραγούν λόγω της αυξημένης πιθανότητας σχηματισμού δενδρίτη.

Αυτή η μέθοδος είναι αρκετά αποτελεσματική. Ωστόσο, οι μπαταρίες κατώτερης ποιότητας τείνουν να μην λειτουργούν σωστά, κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε εκρήξεις. Ενώ αυτό συμβαίνει, η μέθοδος που περιγράφεται στη συνέχεια θα μπορούσε ενδεχομένως να είναι ένας ακόμη καλύτερος μηχανισμός ασφάλειας.

Μυθιστορηματική λύση Drexel Researchers

Η ομάδα της Drexel βρήκε μια νέα λύση για τη διατήρηση της ενεργειακής πυκνότητας του καθαρού λιθίου ενισχύοντας παράλληλα την ασφάλεια. Σχεδίασαν μια μπαταρία που χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρόδιο καθαρού λιθίου. Προκειμένου να εξουδετερώσουν το σχηματισμό δενδρίτη, εγχύουν το διάλυμα ηλεκτρολύτη με νανοδιαμάντια.

Τα νανοδιαμάντια είναι εξαιρετικά μικρά διαμάντια.

Τα νανοδιαμάντια μειώνουν δραστικά τον κίνδυνο να συμβεί η χημική αντίδραση στα ηλεκτρόδια με αποτέλεσμα το σχηματισμό δενδρίτη. Το λίθιο επικαλύπτεται σε ένα από τα ηλεκτρόδια κατά την εκφόρτιση της μπαταρίας. Τα νανοδιαμάντια διευκολύνουν την ομοιόμορφη επίστρωση, αποτρέποντας τους δενδρίτες.

Τελικές σκέψεις

Η ομάδα παραδέχεται ότι ενώ αυτή η μέθοδος είναι αρκετά αποτελεσματική με βάση τις δοκιμές της, είναι δύσκολο να πούμε ότι η μέθοδός τους θα εξαλείψει εντελώς τον σχηματισμό δενδρίτη. Τούτου λεχθέντος, αυτή η μέθοδος είναι πολλά υποσχόμενη, καθώς ενισχύει την ασφάλεια και επιτρέπει μια μπαταρία μεγαλύτερης χωρητικότητας.