Forhindrer litiumionbatterieksplosjoner med diamanter

Sammenlignet med andre batteriteknologier har litiumionbatterier (Li-ion) relativt høy energitetthet og lang levetid. Utviklingen deres gjennom årene har gjort dem i stand til å være den foretrukne batteriteknologien på en rekke områder.

Disse inkluderer strømforsyning av bærbar elektronikk, og elektriske kjøretøy. Selv om de har ønskelige egenskaper og utkonkurrerer annen kommersielt tilgjengelig teknologi, er de imidlertid ikke uten problemer.

Li-ion batterier kan eksplodere farlig under de rette forholdene. Dette er grunn til stor bekymring. Deres potensielle fare er slik at flyselskapene kun tillater denne batteriteknologien i håndbagasje.

Når temaet eksploderende Li-ion-batterier kommer opp, den beryktede Samsung Galaxy Note 7 kommer umiddelbart til hjernen. Flere batterier i denne tilbakekalte Samsung-enheten eksploderte ganske enkelt.

Kontroversen knyttet til eksploderende hoverboards dukker også opp. Fellesnevneren mellom disse 2 scenariene er at eksplosjonene var et resultat av defekte Li-ion-batterier.

Mens disse 2 sakene fikk mye oppmerksomhet, andre enheter som inneholder Li-ion-batterier har eksplodert før. Selv om det er sjeldent med riktig kvalitetskontrollerte batterier, er et eksploderende Li-ion-batteri en alvorlig risiko som ikke bør tas lett på.

En gruppe forskere fra Drexel University anerkjent at det fortsatt er risiko forbundet med denne batteriteknologien og har kommet opp med en interessant vri til denne historien. De bruker diamanter for å gjøre batteriene mer stabile! Jeg vil virkelig fortelle deg alt om denne nye løsningen, men først, la oss gå gjennom litt bakgrunnsinformasjon.

Hvordan litiumionbatterier svikter og deretter eksploderer

Eksplosjoner i Li-ion-batterier oppstår hovedsakelig på grunn av kortslutning av de positive og negative polene. Dannelsen av strukturer kalt dendritter på innsiden av batterier kan forårsake disse kortslutningene.

I hovedsak kortslutter disse dendrittene de positive og negative polene på batteriet, og genererer store mengder varme og antenner elektrolytten inne i batteriet.

De fleste elektrolytter er brannfarlige. Ved antenning vil en elektrolytt vanligvis forårsake en eksplosjon.

Sikkerhetstiltak

Heldigvis finnes det sikkerhetsmekanismer i høykvalitets Li-ion-batterier.

Gjeldende tiltak

For å forhindre dannelse av dendritter bruker Li-ion-batterier på markedet en grafittelektrode som er fylt med litium. Selv om denne konfigurasjonen undertrykker dendrittdannelse, reduserer den også energitettheten til batteriet.

Hvis denne elektroden er laget av rent litium, vil batterier ha rundt 10 ganger deres nåværende kapasitet. Imidlertid vil de også være mer sannsynlig å eksplodere på grunn av et økt potensial for dendrittdannelse.

Denne metoden er ganske effektiv. Batterier av dårlig kvalitet har imidlertid en tendens til å ikke få det helt riktig, noe som kan resultere i eksplosjoner. Selv om dette er tilfelle, kan metoden som beskrives neste potensielt være en enda bedre sikkerhetsmekanisme.

Drexel Researchers Novel Solution

Drexel-teamet kom opp med en ny løsning for å opprettholde energitettheten til rent litium og samtidig forbedre sikkerheten. De designet et batteri som bruker en ren litiumelektrode. For å motvirke dendrittdannelse tilfører de elektrolyttløsningen nanodiamanter.

Nanodiamanter er ekstremt små diamanter.

Nanodiamantene reduserer drastisk risikoen for at den kjemiske reaksjonen skjer ved elektrodene som resulterer i dendrittdannelse. Litium er belagt på en av elektrodene under batteriutlading. Nanodiamantene legger til rette for et jevnt belegg, og forhindrer dendritter.

Siste tanker

Teamet innrømmer at selv om denne metoden er ganske effektiv basert på testene deres, er det vanskelig å si at metoden deres helt vil eliminere dendrittdannelse. Når det er sagt, er denne metoden ganske lovende ettersom den øker sikkerheten og gir mulighet for et batteri med høyere kapasitet.