Liitiumioonakude plahvatuste vältimine teemantidega

Võrreldes teiste akutehnoloogiatega on liitiumioonakudel (Li-ion) suhteliselt kõrge energiatihedus ja pikk kasutusiga. Nende aastatepikkune areng on võimaldanud neil olla paljudes valdkondades valitud akutehnoloogia.

Nende hulka kuuluvad kaasaskantava elektroonika toiteallikad ja elektrisõidukid. Kuigi neil on soovitavad omadused ja need ületavad muud kaubanduslikult saadavat tehnoloogiat, pole neil siiski probleeme.

Li-ion akud võib õigetes tingimustes ohtlikult plahvatada. See on põhjust suureks mureks. Nende potentsiaalne oht on selline, et lennufirmad lubavad seda akutehnoloogiat ainult käsipagasis.

Kui teemaks plahvatavad liitiumioonakud, siis kurikuulus Samsung Galaxy Note 7 tuleb kohe meelde. Selle lõpuks tagasi kutsutud Samsungi seadme mitu akut plahvatas lihtsalt.

Vaidlus, mis on seotud plahvatavad hõljuklauad hüppab ka üles. Nende kahe stsenaariumi ühine nimetaja on see, et plahvatused toimusid vigaste liitiumioonakude tõttu.

Kuigi need kaks juhtumit pälvisid palju tähelepanu, muud seadmed

sisaldavad liitiumioonakud on varemgi plahvatanud. Kuigi korralikult kontrollitud akude puhul on see haruldane, on plahvatav liitiumioonaku tõsine oht, mida ei tohiks kergelt võtta.

Rühm teadlasi alates Drexeli ülikool tunnistasid, et selle akutehnoloogiaga kaasnevad endiselt riskid, ja on välja pakkunud huvitav pööre sellele loole. Nad kasutavad akude stabiilsemaks muutmiseks teemante! Ma tõesti tahan teile sellest uudsest lahendusest kõike rääkida, kuid kõigepealt vaatame läbi taustateabe.

Aku peamised komponendid on järgmised:

• Positiivsed ja negatiivsed klemmid: Need on elektriseadmete kokkupuutepunktid. Need võimaldavad elektrivoolu akust seadmesse üle kanda.
• Anood ja katood: Nendel elektroodidel, mis vastutavad voolu tekitamise eest, toimuvad keemilised reaktsioonid.
• Elektrolüüt: See on keskkond, mis võimaldab laengu voolu katoodi ja anoodi vahel.

Kuidas liitiumioonakud ebaõnnestuvad ja seejärel plahvatavad

Plahvatused liitiumioonakudes tekivad peamiselt positiivse ja negatiivse klemmi lühise tõttu. Akude sisemuses tekkivad struktuurid, mida nimetatakse dendriitideks, võivad põhjustada lühiseid.

A lühis on elektriühendus, mis põhjustab liigset voolu ja tekitab soojust.

Dendriidid on liitiumioonaku sisemusse moodustuvad kogumid.

Põhimõtteliselt lühistavad need dendriidid aku positiivsed ja negatiivsed klemmid, tekitades suures koguses soojust ja süüdates aku sees oleva elektrolüüdi.

Enamik elektrolüüte on tuleohtlikud. Süütamisel põhjustab elektrolüüt tavaliselt plahvatuse.

Ohutusmeetmed

Õnneks on kõrgekvaliteediliste liitiumioonakude puhul olemas turvamehhanismid.

Praegused meetmed

Dendriidi moodustumise vältimiseks kasutavad praegu turul olevad liitiumioonakud grafiitelektroodi, mis on täidetud liitiumiga. Kuigi see konfiguratsioon pärsib dendriidi moodustumist, vähendab see ka aku energiatihedust.

Kui see elektrood on valmistatud puhtast liitiumist, oleks akude praegune mahtuvus umbes 10 korda suurem. Kuid need plahvatavad suurema tõenäosusega dendriidi moodustumise potentsiaali tõttu.

See meetod on üsna tõhus. Alakvaliteediga akud ei kipu aga päris korralikult käima, mis võib põhjustada plahvatusi. Kuigi see nii on, võib järgmisena kirjeldatud meetod olla veelgi parem ohutusmehhanism.

Drexeli teadlaste uudne lahendus

Drexeli meeskond tuli välja uudse lahendusega, et säilitada puhta liitiumi energiatihedust, suurendades samal ajal ohutust. Nad kavandasid aku, mis kasutab puhast liitiumelektroodi. Dendriidi moodustumise tõkestamiseks infundeerivad nad elektrolüüdi lahust nanoteemantidega.

Nanoteemandid on äärmiselt väikesed teemandid.

Nanoteemandid vähendavad drastiliselt ohtu, et elektroodidel tekivad keemilised reaktsioonid, mille tulemuseks on dendriidi moodustumine. Aku tühjenemise ajal kaetakse liitium ühele elektroodidest. Nanoteemandid soodustavad ühtlast katmist, vältides dendriite.

Viimased Mõtted

Meeskond tunnistab, et kuigi see meetod on nende testide põhjal üsna tõhus, on raske öelda, et nende meetod kõrvaldaks dendriidi moodustumise täielikult. Seda arvestades on see meetod üsna paljutõotav, kuna see suurendab ohutust ja võimaldab suurema mahutavusega akut.

Viimati uuendatud 03. veebruaril 2022

Ülaltoodud artikkel võib sisaldada sidusettevõtete linke, mis aitavad toetada Guiding Techi. See aga ei mõjuta meie toimetuslikku terviklikkust. Sisu jääb erapooletuks ja autentseks.