Zabránenie výbuchu lítium-iónových batérií pomocou diamantov

V porovnaní s inými technológiami batérií majú lítium-iónové (Li-ion) batérie relatívne vysokú hustotu energie a dlhú životnosť. Ich vývoj v priebehu rokov im umožnil stať sa batériovou technológiou voľby v mnohých oblastiach.

Patria sem napájanie prenosnej elektroniky a elektrické vozidlá. Aj keď majú požadované vlastnosti a prekonávajú iné komerčne dostupné technológie, nie sú bez problémov.

Li-ion batérie môže za správnych podmienok nebezpečne explodovať. To je dôvod na veľké obavy. Ich potenciálne nebezpečenstvo je také, že letecké spoločnosti povoľujú túto technológiu batérií iba v príručnej batožine.

Keď príde na rad téma explodujúcich lítium-iónových batérií, neslávne Samsung Galaxy Note 7 okamžite príde na myseľ. Niekoľko batérií tohto stiahnutého zariadenia Samsung jednoducho explodovalo.

Kontroverzia spojená s explodujúce hoverboardy tiež vyskočí. Spoločným menovateľom týchto dvoch scenárov je, že výbuchy boli výsledkom chybných lítium-iónových batérií.

Aj keď tieto 2 prípady získali veľkú pozornosť,

iné zariadenia obsahujúce lítium-iónové batérie už predtým explodovali. Aj keď je to pri kvalitne kontrolovaných batériách zriedkavé, explodujúca lítium-iónová batéria predstavuje vážne riziko, ktoré netreba brať na ľahkú váhu.

Skupina výskumníkov z Drexel University uznali, že stále existujú riziká spojené s touto technológiou batérií a prišli s zaujímavý zvrat k tomuto príbehu. Používajú diamanty, aby boli batérie stabilnejšie! Naozaj vám chcem povedať všetko o tomto novom riešení, ale najprv si prejdime niekoľko základných informácií.

Hlavné komponenty batérie sú nasledovné:

• Pozitívne a negatívne terminály: Toto sú styčné body pre elektrické zariadenia. Umožňujú prechod elektriny z batérie do zariadenia.
• Anóda a katóda: Na týchto elektródach dochádza k chemickým reakciám, ktoré sú zodpovedné za generovanie prúdu.
• Elektrolyt: Toto je médium, ktoré umožňuje tok náboja medzi katódou a anódou.

Ako lítium-iónové batérie zlyhávajú a následne explodujú

K výbuchom lítium-iónových batérií dochádza hlavne v dôsledku skratovania kladných a záporných pólov. Tvorba štruktúr nazývaných dendrity vo vnútri batérií môže spôsobiť tieto skraty.

A skrat je elektrické spojenie, ktoré spôsobuje nadmerný tok prúdu a vytvára teplo.

Dendrity sú usadeniny, ktoré sa môžu vytvárať vo vnútri lítium-iónovej batérie.

V podstate tieto dendrity skratujú kladné a záporné póly batérie, pričom vytvárajú veľké množstvo tepla a zapália elektrolyt vo vnútri batérie.

Väčšina elektrolytov je horľavá. Po zapálení elektrolyt zvyčajne spôsobí výbuch.

Bezpečnostné opatrenia

Našťastie bezpečnostné mechanizmy existujú vo vysoko kvalitných lítium-iónových batériách.

Súčasné opatrenia

Aby sa zabránilo tvorbe dendritov, lítium-iónové batérie, ktoré sú v súčasnosti na trhu, používajú grafitovú elektródu, ktorá je naplnená lítiom. Aj keď táto konfigurácia potláča tvorbu dendritov, zároveň znižuje energetickú hustotu batérie.

Ak je táto elektróda vyrobená z čistého lítia, batérie by mali približne 10-násobok súčasnej kapacity. Je však pravdepodobnejšie, že vybuchnú kvôli zvýšenému potenciálu tvorby dendritov.

Táto metóda je dosť účinná. Batérie nižšej kvality však nemajú tendenciu to úplne správne, čo môže viesť k výbuchom. Aj keď je to tak, metóda opísaná ďalej by mohla byť potenciálne ešte lepším bezpečnostným mechanizmom.

Nové riešenie Drexel Researchers

Tím Drexel prišiel s novým riešením na udržanie energetickej hustoty čistého lítia a zároveň zvýšenie bezpečnosti. Navrhli batériu, ktorá využíva čistú lítiovú elektródu. Aby pôsobili proti tvorbe dendritov, napĺňajú roztok elektrolytu nanodiamantmi.

Nanodiamanty sú extrémne malé diamanty.

Nanodiamanty drasticky znižujú riziko chemickej reakcie vyskytujúcej sa na elektródach, ktorá vedie k tvorbe dendritov. Lítium sa nanáša na jednu z elektród počas vybíjania batérie. Nanodiamanty uľahčujú rovnomerný povlak a zabraňujú vzniku dendritov.

Záverečné myšlienky

Tím pripúšťa, že hoci je táto metóda na základe ich testov pomerne účinná, je ťažké povedať, že by ich metóda úplne eliminovala tvorbu dendritov. Vzhľadom na to je táto metóda celkom sľubná, pretože zvyšuje bezpečnosť a umožňuje batériu s vyššou kapacitou.

Posledná aktualizácia 3. februára 2022

Vyššie uvedený článok môže obsahovať pridružené odkazy, ktoré pomáhajú podporovať Guiding Tech. Nemá to však vplyv na našu redakčnú integritu. Obsah zostáva nezaujatý a autentický.