מניעת פיצוצי סוללת ליתיום-יון עם יהלומים

בהשוואה לטכנולוגיות סוללות אחרות, לסוללות ליתיום יון (Li-ion) יש צפיפות אנרגיה גבוהה יחסית ואורך חיים ארוך. התפתחותם לאורך השנים אפשרה להם להיות טכנולוגיית הסוללה המועדפת במספר תחומים.

אלה כוללים הפעלת אלקטרוניקה ניידת, ו כלי רכב חשמליים. למרות שהם בעלי מאפיינים רצויים ועולים על טכנולוגיה אחרת זמינה מסחרית, הם לא חפים מבעיות עם זאת.

סוללות ליתיום יכול להתפוצץ בצורה מסוכנת בתנאים הנכונים. זו סיבה לדאגה גדולה. הסכנה הפוטנציאלית שלהם היא כזו שחברות תעופה מאפשרות רק את טכנולוגיית הסוללה הזו במטען יד.

כאשר עולה הנושא של סוללות Li-ion מתפוצצות, הידוע לשמצה סמסונג גלקסי נוט 7 עולה מיד בראש. כמה סוללות של מכשיר סמסונג זה נזכר בסופו של דבר פשוט התפוצצו.

המחלוקת הקשורה ב מרחפים מתפוצצים גם צץ. המכנה המשותף בין 2 התרחישים הללו הוא שהפיצוצים היו כתוצאה מסוללות Li-ion פגומות.

בעוד ש-2 המקרים הללו זכו לתשומת לב רבה, מכשירים אחרים המכילות סוללות Li-ion התפוצצו בעבר. למרות שזה נדיר עם סוללות מבוקרות איכותיות, סוללת Li-ion מתפוצצת היא סיכון רציני שאין להקל בו ראש.

קבוצת חוקרים מ אוניברסיטת דרקסל הכיר בכך שעדיין קיימים סיכונים הקשורים לטכנולוגיית הסוללה הזו והגיעו עם

טוויסט מעניין לסיפור הזה. הם משתמשים ביהלומים כדי להפוך את הסוללות ליציבות יותר! אני באמת רוצה לספר לכם הכל על הפתרון החדש הזה אבל ראשית, בואו נעבור על קצת מידע רקע.

כיצד סוללות ליתיום יון נכשלות ולאחר מכן מתפוצצות

פיצוצים בסוללות Li-ion מתרחשים בעיקר עקב הקצר של המסופים החיובי והשלילי. היווצרותם של מבנים הנקראים דנדריטים בחלק הפנימי של הסוללות עלולה לגרום לקצרים אלו.

בעיקרו של דבר, הדנדריטים הללו מקצרים את המסוף החיובי והשלילי של הסוללה, מייצרים כמויות גדולות של חום ומציתים את האלקטרוליט שבתוך הסוללה.

רוב האלקטרוליטים דליקים. בהצתה, אלקטרוליט יגרום לרוב לפיצוץ.

אמצעי בטיחות

למרבה המזל, מנגנוני בטיחות קיימים בסוללות Li-ion באיכות גבוהה.

אמצעים נוכחיים

על מנת למנוע היווצרות דנדריטים, סוללות Li-ion הקיימות כיום בשוק משתמשות באלקטרודת גרפיט אשר מלאה בליתיום. אמנם תצורה זו מדכאת היווצרות דנדריטים, אך היא גם מפחיתה את צפיפות האנרגיה של הסוללה.

אם האלקטרודה הזו עשויה מליתיום טהור, לסוללות תהיה בערך פי 10 הקיבולת הנוכחית שלהן. עם זאת, יש סיכוי גבוה יותר שהם יתפוצצו בגלל פוטנציאל מוגבר להיווצרות דנדריטים.

שיטה זו יעילה למדי. עם זאת, סוללות לא איכותיות נוטות לא להתאים את זה לגמרי, מה שעלול לגרום לפיצוצים. אמנם זה המקרה, אבל השיטה שתוארה בהמשך יכולה להיות מנגנון בטיחות טוב עוד יותר.

Drexel Researchers פתרון חדש

צוות Drexel המציא פתרון חדשני לשמירה על צפיפות האנרגיה של ליתיום טהור תוך שיפור הבטיחות. הם תכננו סוללה שעושה שימוש באלקטרודת ליתיום טהורה. על מנת לנטרל היווצרות דנדריטים, הם מחדירים לתמיסת האלקטרוליטים ננו-יהלומים.

ננו-יהלומים הם יהלומים קטנים במיוחד.

הננו-יהלומים מפחיתים באופן דרסטי את הסיכון לתגובה הכימית המתרחשת באלקטרודות וכתוצאה מכך להיווצרות דנדריטים. ליתיום מצופה על אחת האלקטרודות במהלך פריקת הסוללה. הננו-יהלומים מקלים על ציפוי אחיד ומונעים דנדריטים.

מחשבות אחרונות

הצוות מודה שבעוד שיטה זו יעילה למדי בהתבסס על הבדיקות שלהם, קשה לומר שהשיטה שלהם תבטל לחלוטין את היווצרות הדנדריטים. עם זאת, שיטה זו מבטיחה למדי מכיוון שהיא משפרת את הבטיחות ומאפשרת סוללה בקיבולת גבוהה יותר.