A lítium-ion akkumulátor robbanásának megelőzése gyémántokkal

Más akkumulátortechnológiákhoz képest a lítium-ionos (Li-ion) akkumulátorok viszonylag nagy energiasűrűséggel és hosszú élettartammal rendelkeznek. Az évek során végzett fejlesztésük lehetővé tette, hogy számos területen a választott akkumulátortechnológiák legyenek.

Ide tartozik a hordozható elektronika táplálása, ill elektromos járművek. Bár kívánatos tulajdonságokkal rendelkeznek, és felülmúlják a kereskedelemben kapható egyéb technológiát, nem mentesek a problémáktól.

Li-ion akkumulátorok megfelelő körülmények között veszélyesen felrobbanhat. Ez nagy aggodalomra ad okot. Lehetséges veszélyük akkora, hogy a légitársaságok csak kézipoggyászban engedik be ezt az akkumulátortechnológiát.

Amikor szóba kerül a felrobbanó Li-ion akkumulátorok témája, a hírhedt Samsung Galaxy Note 7 azonnal eszembe jut. Ennek a végül visszahívott Samsung készüléknek több akkumulátora egyszerűen felrobbant.

Az ehhez kapcsolódó vita felrobbanó hoverboards is felbukkan. A közös nevező a két forgatókönyv között az, hogy a robbanásokat a hibás Li-ion akkumulátorok okozták.

Noha ez a 2 eset nagy figyelmet kapott, egyéb eszközök tartalmazó Li-ion akkumulátorok már korábban felrobbantak. Bár ritka a megfelelően ellenőrzött minőségi akkumulátorok esetében, a felrobbanó Li-ion akkumulátor komoly kockázatot jelent, amelyet nem szabad félvállról venni.

Egy kutatócsoport a Drexel Egyetem felismerték, hogy még mindig vannak kockázatok az akkumulátortechnológiához, és előálltak egy érdekes fordulat ehhez a történethez. Gyémántot használnak, hogy stabilabbá tegyék az akkumulátorokat! Nagyon szeretnék mindent elmondani erről az újszerű megoldásról, de először nézzünk át néhány háttérinformációt.

Hogyan hibásodnak meg, majd robbannak fel a lítium-ion akkumulátorok

A Li-ion akkumulátorok robbanása főként a pozitív és negatív pólusok rövidre zárása miatt következik be. A dendriteknek nevezett struktúrák kialakulása az akkumulátorok belsejében okozhatja ezeket a rövidzárlatokat.

Lényegében ezek a dendritek rövidre zárják az akkumulátor pozitív és negatív pólusait, nagy mennyiségű hőt termelve és meggyújtva az akkumulátor belsejében lévő elektrolitot.

A legtöbb elektrolit gyúlékony. Ha meggyullad, az elektrolit általában robbanást okoz.

Biztonsági intézkedések

Szerencsére a biztonsági mechanizmusok léteznek a kiváló minőségű Li-ion akkumulátorokban.

Jelenlegi intézkedések

A dendritképződés megelőzése érdekében a jelenleg forgalomban lévő Li-ion akkumulátorok lítiummal töltött grafitelektródát használnak. Bár ez a konfiguráció elnyomja a dendritképződést, csökkenti az akkumulátor energiasűrűségét is.

Ha ez az elektróda tiszta lítiumból készül, az akkumulátorok kapacitása körülbelül 10-szerese a jelenleginek. Ugyanakkor nagyobb valószínűséggel robbannak fel a dendritképződés megnövekedett lehetősége miatt.

Ez a módszer meglehetősen hatékony. A gyengébb minőségű akkumulátorok azonban általában nem működnek jól, ami robbanást okozhat. Bár ez a helyzet, a következőkben ismertetett módszer potenciálisan még jobb biztonsági mechanizmus lehet.

Drexel Researchers új megoldás

A Drexel csapata új megoldást dolgozott ki a tiszta lítium energiasűrűségének megőrzésére, miközben növeli a biztonságot. Olyan akkumulátort terveztek, amely tiszta lítium elektródát használ. A dendritképződés ellensúlyozása érdekében az elektrolit oldatot nanogyémántokkal töltik be.

A nanogyémántok rendkívül kicsi gyémántok.

A nanogyémántok drasztikusan csökkentik az elektródákon végbemenő kémiai reakciók kockázatát, ami dendritképződést eredményez. Az akkumulátor kisülése során lítiumot vonnak be az egyik elektródára. A nanogyémántok elősegítik az egyenletes bevonatot, megakadályozva a dendritek kialakulását.

Végső gondolatok

A csapat elismeri, hogy bár ez a módszer meglehetősen hatékony a tesztjeik alapján, nehéz megmondani, hogy módszerük teljesen megszüntetné a dendritképződést. Ennek ellenére ez a módszer meglehetősen ígéretes, mivel növeli a biztonságot és nagyobb kapacitású akkumulátort tesz lehetővé.