Litija jonu akumulatora sprādziena novēršana ar dimantiem

Salīdzinot ar citām akumulatoru tehnoloģijām, litija jonu (Li-ion) akumulatoriem ir salīdzinoši augsts enerģijas blīvums un ilgs kalpošanas laiks. To attīstība gadu gaitā ir ļāvusi tiem kļūt par izvēlēto akumulatoru tehnoloģiju vairākās jomās.

Tie ietver portatīvās elektronikas barošanu un elektriskie transportlīdzekļi. Lai gan tiem ir vēlamas īpašības un tie ir labāki par citām komerciāli pieejamām tehnoloģijām, tie tomēr nav bez problēmām.

Li-ion akumulatori var bīstami eksplodēt piemērotos apstākļos. Tas ir iemesls lielām bažām. To iespējamās briesmas ir tādas, ka aviosabiedrības atļauj šo akumulatoru tehnoloģiju pārvadāt tikai rokas bagāžā.

Kad aktualizējas tēma par eksplodējošām litija jonu baterijām, bēdīgi slavenais Samsung Galaxy Note 7 uzreiz nāk prātā. Vairākas šīs galu galā atsauktās Samsung ierīces baterijas vienkārši eksplodēja.

Strīdi, kas saistīti ar sprāgstošie gaisa dēļi arī uznirst. Šo divu scenāriju kopsaucējs ir tāds, ka sprādzieni notika bojātu litija jonu akumulatoru dēļ.

Lai gan šiem diviem gadījumiem tika pievērsta liela uzmanība, citas ierīces satur Li-ion akumulatorus, kas iepriekš ir eksplodējuši. Lai gan tas ir reti sastopams ar pareizi kontrolētiem akumulatoriem, eksplodējošais litija jonu akumulators ir nopietns risks, ko nevajadzētu uztvert viegli.

Pētnieku grupa no Dreksela universitāte atzina, ka ar šo akumulatoru tehnoloģiju joprojām ir saistīti riski, un ir izstrādājuši interesants pavērsiens šim stāstam. Viņi izmanto dimantus, lai padarītu baterijas stabilākas! Es patiešām vēlos jums pastāstīt visu par šo jauno risinājumu, taču vispirms apskatīsim pamatinformāciju.

Akumulatora galvenās sastāvdaļas ir šādas:

• Pozitīvie un negatīvie termināli: Tie ir elektrisko iekārtu saskares punkti. Tie ļauj elektrībai pāriet no akumulatora uz aprīkojumu.
• Anods un katods: pie šiem elektrodiem, kas ir atbildīgi par strāvas veidošanos, notiek ķīmiskas reakcijas.
• Elektrolīts: Šī ir vide, kas nodrošina lādiņa plūsmu starp katodu un anodu.

Kā litija jonu akumulatori sabojājas un pēc tam eksplodē

Litija jonu akumulatoros sprādzieni galvenokārt notiek pozitīvā un negatīvā spailes īssavienojuma dēļ. Struktūru, ko sauc par dendritiem, veidošanās bateriju iekšpusē var izraisīt šos īssavienojumus.

A īssavienojums ir elektrisks savienojums, kas izraisa pārmērīgu strāvas plūsmu un rada siltumu.

Dendriti ir uzkrāšanās, kas var veidoties litija jonu akumulatora iekšpusē.

Būtībā šie dendriti īssavieno akumulatora pozitīvos un negatīvos spailes, radot lielu daudzumu siltuma un aizdedzinot elektrolītu akumulatora iekšpusē.

Lielākā daļa elektrolītu ir viegli uzliesmojoši. Aizdedzināts elektrolīts parasti izraisa sprādzienu.

Drošības pasākumi

Par laimi, augstas kvalitātes litija jonu akumulatoros pastāv drošības mehānismi.

Pašreizējie pasākumi

Lai novērstu dendrīta veidošanos, pašlaik tirgū esošajās litija jonu baterijās tiek izmantots grafīta elektrods, kas pildīts ar litiju. Lai gan šī konfigurācija nomāc dendrīta veidošanos, tā arī samazina akumulatora enerģijas blīvumu.

Ja šis elektrods ir izgatavots no tīra litija, akumulatoru jauda būtu aptuveni 10 reizes lielāka par pašreizējo. Tomēr tie arī varētu eksplodēt, jo palielinās dendrīta veidošanās potenciāls.

Šī metode ir diezgan efektīva. Tomēr zemas kvalitātes akumulatori parasti nedarbojas pareizi, kas var izraisīt sprādzienus. Lai gan tas tā ir, tālāk aprakstītā metode varētu būt vēl labāks drošības mehānisms.

Drexel Researchers jauns risinājums

Drexel komanda nāca klajā ar jaunu risinājumu, lai saglabātu tīra litija enerģijas blīvumu, vienlaikus uzlabojot drošību. Viņi izstrādāja akumulatoru, kas izmanto tīru litija elektrodu. Lai novērstu dendrītu veidošanos, tie ievada elektrolīta šķīdumu ar nanodimantiem.

Nanodimanti ir ārkārtīgi mazi dimanti.

Nanodimanti krasi samazina ķīmiskās reakcijas risku, kas notiek pie elektrodiem, kā rezultātā veidojas dendrīts. Akumulatora izlādes laikā litijs tiek pārklāts uz viena no elektrodiem. Nanodimanti nodrošina vienmērīgu pārklājumu, novēršot dendritus.

Pēdējās domas

Komanda atzīst, ka, lai gan šī metode ir diezgan efektīva, pamatojoties uz viņu testiem, ir grūti teikt, ka viņu metode pilnībā novērstu dendrīta veidošanos. Ņemot to vērā, šī metode ir diezgan daudzsološa, jo tā uzlabo drošību un nodrošina lielākas ietilpības akumulatoru.

Pēdējo reizi atjaunināts 2022. gada 3. februārī

Iepriekš minētajā rakstā var būt ietvertas saistītās saites, kas palīdz atbalstīt Guiding Tech. Tomēr tas neietekmē mūsu redakcionālo integritāti. Saturs paliek objektīvs un autentisks.