Sprječavanje eksplozija litij-ionskih baterija dijamantima

U usporedbi s drugim tehnologijama baterija, litij-ionske (Li-ion) baterije imaju relativno visoku gustoću energije i dug životni vijek. Njihov razvoj tijekom godina omogućio im je da budu tehnologija izbora baterija u brojnim područjima.

To uključuje napajanje prijenosne elektronike i električna vozila. Iako posjeduju poželjne karakteristike i nadmašuju druge komercijalno dostupne tehnologije, ipak nisu bez svojih problema.

Li-ion baterije može opasno eksplodirati pod pravim uvjetima. To je razlog za veliku zabrinutost. Njihova potencijalna opasnost je takva da zračni prijevoznici dopuštaju samo ovu baterijsku tehnologiju u ručnoj prtljazi.

Kad se pojavi tema eksplodiranja Li-ion baterija, zloglasno Samsung Galaxy Note 7 odmah mi pada na pamet. Nekoliko baterija ovog Samsungovog uređaja na kraju opozvanog jednostavno je eksplodiralo.

Kontroverza povezana sa eksplodirajući hoverboardi također iskoči. Zajednički nazivnik između ova dva scenarija je da su eksplozije bile posljedica neispravnih Li-ion baterija.

Iako su ova 2 slučaja dobila veliku pozornost, drugi uređaji koje sadrže Li-ion baterije već su eksplodirale. Iako je rijetkost s pravilno kontroliranim baterijama, eksplodirajuća Li-ion baterija predstavlja ozbiljan rizik koji se ne smije olako shvatiti.

Grupa istraživača iz Sveučilište Drexel prepoznali da još uvijek postoje rizici povezani s ovom baterijskom tehnologijom i smislili su zanimljiv obrat na ovu priču. Koriste dijamante kako bi baterije bile stabilnije! Stvarno vam želim reći sve o ovom novom rješenju, ali prvo prođimo kroz neke pozadinske informacije.

Glavne komponente baterije su sljedeće:

• Pozitivni i negativni terminali: Ovo su kontaktne točke za električnu opremu. Omogućuju prolaz struje od baterije do opreme.
• Anoda i katoda: Kemijske reakcije se događaju na ovim elektrodama koje su odgovorne za stvaranje struje.
• Elektrolit: Ovo je medij koji omogućuje protok naboja između katode i anode.

Kako litij-ionske baterije pokvare i nakon toga eksplodiraju

Eksplozije u Li-ion baterijama uglavnom nastaju zbog kratkog spoja pozitivnih i negativnih terminala. Formiranje struktura zvanih dendriti na unutarnjoj strani baterija može uzrokovati ove kratke spojeve.

A kratki spoj je električna veza koja uzrokuje prekomjeran protok struje i stvara toplinu.

Dendriti su nakupine koje se mogu formirati na unutarnjoj strani Li-ion baterije.

U osnovi, ovi dendriti kratko spajaju pozitivne i negativne terminale baterije, stvarajući velike količine topline i zapaljuju elektrolit unutar baterije.

Većina elektrolita je zapaljiva. Kada se zapali, elektrolit obično uzrokuje eksploziju.

Sigurnosne mjere

Srećom, sigurnosni mehanizmi postoje u visokokvalitetnim Li-ion baterijama.

Trenutne mjere

Kako bi se spriječilo stvaranje dendrita, Li-ion baterije koje su trenutno na tržištu koriste grafitnu elektrodu koja je punjena litijem. Iako ova konfiguracija potiskuje stvaranje dendrita, ona također smanjuje gustoću energije baterije.

Ako je ova elektroda izrađena od čistog litija, baterije bi imale oko 10 puta veći trenutni kapacitet. Međutim, veća je vjerojatnost da će eksplodirati zbog povećanog potencijala za stvaranje dendrita.

Ova metoda je prilično učinkovita. Međutim, baterije niže kvalitete obično ne rade kako treba što može dovesti do eksplozije. Iako je to slučaj, metoda opisana u nastavku mogla bi biti još bolji sigurnosni mehanizam.

Novo rješenje istraživača Drexela

Tim Drexela osmislio je novo rješenje za održavanje gustoće energije čistog litija uz povećanje sigurnosti. Dizajnirali su bateriju koja koristi čistu litij elektrodu. Kako bi spriječili stvaranje dendrita, u otopinu elektrolita unose nanodijamante.

Nanodijamanti su izuzetno mali dijamanti.

Nanodijamanti drastično smanjuju rizik od kemijske reakcije na elektrodama koja rezultira stvaranjem dendrita. Litij se oblaže na jednu od elektroda tijekom pražnjenja baterije. Nanodijamanti olakšavaju jednoliku prevlaku, sprječavajući dendrite.

Završne misli

Tim priznaje da, iako je ova metoda prilično učinkovita na temelju njihovih testova, teško je reći da bi njihova metoda u potpunosti eliminirala stvaranje dendrita. S obzirom na to, ova metoda je prilično obećavajuća jer povećava sigurnost i omogućuje bateriju većeg kapaciteta.

Posljednje ažurirano 3. veljače 2022

Gornji članak može sadržavati partnerske veze koje pomažu u podršci Guiding Tech. Međutim, to ne utječe na naš urednički integritet. Sadržaj ostaje nepristran i autentičan.