Estää litiumioniakkujen räjähdyksiä timanttien avulla

Muihin akkuteknologioihin verrattuna litiumioniakuilla (Li-ion) on suhteellisen korkea energiatiheys ja pitkä käyttöikä. Niiden vuosien mittainen kehitys on mahdollistanut niiden olevan useilla alueilla suosituin akkutekniikka.

Näitä ovat kannettavan elektroniikan virtalähde ja sähköautot. Vaikka niillä on toivottavat ominaisuudet ja ne ovat muita kaupallisesti saatavilla olevia tekniikoita parempia, ne eivät kuitenkaan ole ilman ongelmia.

Li-ion akut voi räjähtää vaarallisesti oikeissa olosuhteissa. Tämä aiheuttaa suurta huolta. Niiden mahdollinen vaara on sellainen, että lentoyhtiöt sallivat tämän akkutekniikan vain käsimatkatavaroissa.

Kun aihe räjähtävistä Li-ion-akuista tulee esille, surullisen kuuluisa Samsung Galaxy Note 7 tulee heti mieleen. Useat tämän lopulta muistutetun Samsung-laitteen akut yksinkertaisesti räjähtivät.

Kiista liittyy räjähtäviä hoverboardeja myös ponnahtaa esiin. Näiden kahden skenaarion yhteinen nimittäjä on, että räjähdykset johtuivat viallisista Li-ion-akuista.

Vaikka nämä 2 tapausta saivat paljon huomiota, muut laitteet sisältävät Li-ion-akut ovat räjähtäneet aiemmin. Vaikka räjähtävä Li-ion-akku on harvinaista, jos akkujen laatu on hyvin valvottu, se on vakava riski, jota ei pidä ottaa kevyesti.

Ryhmä tutkijoita Drexelin yliopisto tunnustivat, että tähän akkutekniikkaan liittyy edelleen riskejä, ja ovat keksineet mielenkiintoinen käänne tähän tarinaan. He käyttävät timantteja tehdäkseen paristoista vakaampia! Haluan todella kertoa sinulle kaiken tästä uudesta ratkaisusta, mutta käydään ensin läpi taustatietoja.

Akun pääkomponentit ovat seuraavat:

• Positiiviset ja negatiiviset liittimet: Nämä ovat sähkölaitteiden kosketuspisteitä. Ne mahdollistavat sähkön siirtymisen akusta laitteisiin.
• Anodi ja katodi: Näillä elektrodeilla tapahtuu kemiallisia reaktioita, jotka ovat vastuussa virran muodostuksesta.
• Elektrolyytti: Tämä on väliaine, joka mahdollistaa varauksen virtauksen katodin ja anodin välillä.

Kuinka litiumioniakut hajoavat ja räjähtävät myöhemmin

Li-ion-akkujen räjähdykset johtuvat pääasiassa positiivisen ja negatiivisen navan oikosulusta. Dendriiteiksi kutsuttujen rakenteiden muodostuminen akkujen sisäpuolelle voi aiheuttaa näitä oikosulkuja.

A oikosulku on sähköliitäntä, joka aiheuttaa liiallista virtaa ja tuottaa lämpöä.

Dendriitit ovat kertymiä, joita voi muodostua Li-ion-akun sisäpuolelle.

Pohjimmiltaan nämä dendriitit oikosulkevat akun positiiviset ja negatiiviset navat, tuottaen suuria määriä lämpöä ja sytyttäen akun sisällä olevan elektrolyytin.

Useimmat elektrolyytit ovat syttyviä. Sytytettynä elektrolyytti yleensä aiheuttaa räjähdyksen.

Turvatoimet

Onneksi korkealaatuisissa Li-ion-akuissa on turvamekanismit.

Nykyiset toimenpiteet

Dendriitin muodostumisen estämiseksi tällä hetkellä markkinoilla olevissa Li-ion-akuissa käytetään grafiittielektrodia, joka on täytetty litiumilla. Vaikka tämä kokoonpano estää dendriitin muodostumista, se myös vähentää akun energiatiheyttä.

Jos tämä elektrodi on valmistettu puhtaasta litiumista, akkujen kapasiteetti olisi noin 10 kertaa nykyinen kapasiteetti. Ne olisivat kuitenkin myös todennäköisemmin räjähtäneet dendriitin muodostumismahdollisuuksien lisääntymisen vuoksi.

Tämä menetelmä on melko tehokas. Huippulaadukkaat akut eivät kuitenkaan yleensä toimi oikein, mikä voi johtaa räjähdyksiin. Vaikka näin on, seuraavaksi kuvattu menetelmä voisi mahdollisesti olla vielä parempi turvamekanismi.

Drexel Researchersin uusi ratkaisu

Drexel-tiimi keksi uudenlaisen ratkaisun puhtaan litiumin energiatiheyden ylläpitämiseksi ja turvallisuuden parantamiseksi. He suunnittelivat akun, joka käyttää puhdasta litiumelektrodia. Dendriitin muodostumisen estämiseksi ne infusoivat elektrolyyttiliuokseen nanotimantteja.

Nanotimantit ovat erittäin pieniä timantteja.

Nanotimantit vähentävät huomattavasti riskiä, ​​että elektrodeissa tapahtuu kemiallinen reaktio, joka johtaa dendriitin muodostumiseen. Litium pinnoitetaan yhdelle elektrodista akun purkautumisen aikana. Nanotimantit mahdollistavat tasaisen pinnoitteen muodostumisen ja estävät dendriittejä.

Lopulliset ajatukset

Tiimi myöntää, että vaikka tämä menetelmä on varsin tehokas heidän testiensä perusteella, on vaikea sanoa, että heidän menetelmänsä poistaisi dendriitin muodostumisen kokonaan. Tästä huolimatta tämä menetelmä on varsin lupaava, koska se parantaa turvallisuutta ja mahdollistaa suuremman kapasiteetin akun.

Päivitetty viimeksi 03.2.2022

Yllä oleva artikkeli saattaa sisältää kumppanilinkkejä, jotka auttavat tukemaan Guiding Techiä. Se ei kuitenkaan vaikuta toimitukselliseen eheyteemme. Sisältö pysyy puolueettomana ja autenttisena.