Förhindra litiumjonbatteriexplosioner med diamanter

Jämfört med andra batteriteknologier har litiumjonbatterier (Li-ion) en relativt hög energitäthet och lång livslängd. Deras utveckling genom åren har gjort det möjligt för dem att vara den valda batteritekniken inom ett antal områden.

Dessa inkluderar drivande bärbar elektronik och elektriska fordon. Även om de har önskvärda egenskaper och överträffar annan kommersiellt tillgänglig teknologi, är de dock inte utan sina problem.

Li-ion batterier kan explodera farligt under rätt förhållanden. Detta är anledning till stor oro. Deras potentiella fara är sådan att flygbolagen endast tillåter denna batteriteknik i handbagage.

När ämnet exploderande Li-ion-batterier kommer upp, det ökända Samsung Galaxy Note 7 kommer genast att tänka på. Flera batterier i denna återkallade Samsung-enhet exploderade helt enkelt.

Kontroversen i samband med exploderande hoverboards dyker också upp. Den gemensamma nämnaren mellan dessa 2 scenarier är att explosionerna var ett resultat av felaktiga Li-ion-batterier.

Även om dessa två fall fick mycket uppmärksamhet,

andra enheter som innehåller Li-ion-batterier har exploderat tidigare. Även om det är sällsynt med korrekt kvalitetskontrollerade batterier, är ett exploderande Li-ion-batteri en allvarlig risk som inte bör tas lätt på.

En grupp forskare från Drexel University insett att det fortfarande finns risker förknippade med denna batteriteknik och har kommit på en intressant twist till denna berättelse. De använder diamanter för att göra batterierna mer stabila! Jag vill verkligen berätta allt om denna nya lösning, men låt oss först gå igenom lite bakgrundsinformation.

Huvudkomponenterna i ett batteri är följande:

• Positiva och negativa terminaler: Dessa är kontaktpunkterna för elektrisk utrustning. De tillåter elektricitet att passera från batteriet till utrustningen.
• Anod och katod: Kemiska reaktioner inträffar vid dessa elektroder som är ansvariga för genereringen av en ström.
• Elektrolyt: Detta är ett medium som tillåter laddningsflödet mellan katoden och anoden.

Hur litiumjonbatterier går sönder och sedan exploderar

Explosioner i litiumjonbatterier uppstår främst på grund av kortslutning av de positiva och negativa polerna. Bildandet av strukturer som kallas dendriter på insidan av batterier kan orsaka dessa kortslutningar.

A kortslutning är en elektrisk anslutning som orsakar överdrivet strömflöde och genererar värme.

Dendriter är ansamlingar som kan bildas på insidan av ett litiumjonbatteri.

I huvudsak kortsluter dessa dendriter de positiva och negativa polerna på batteriet, genererar stora mängder värme och antänder elektrolyten inuti batteriet.

De flesta elektrolyter är brandfarliga. Vid antändning orsakar en elektrolyt vanligtvis en explosion.

Säkerhetsåtgärder

Tack och lov finns det säkerhetsmekanismer i högkvalitativa Li-ion-batterier.

Aktuella åtgärder

För att förhindra dendritbildning använder Li-jonbatterier som för närvarande finns på marknaden en grafitelektrod som är fylld med litium. Även om denna konfiguration undertrycker dendritbildning, minskar den också batteriets energitäthet.

Om denna elektrod är gjord av rent litium, skulle batterier ha cirka 10 gånger sin nuvarande kapacitet. Men de skulle också vara mer benägna att explodera på grund av en ökad potential för dendritbildning.

Denna metod är ganska effektiv. Batterier av undermålig kvalitet tenderar dock inte att bli helt rätt, vilket kan resultera i explosioner. Även om detta är fallet, kan den metod som beskrivs härnäst potentiellt vara en ännu bättre säkerhetsmekanism.

Drexel Researchers Novel Solution

Drexel-teamet kom fram till en ny lösning för att bibehålla energitätheten hos rent litium samtidigt som säkerheten förbättras. De designade ett batteri som använder en ren litiumelektrod. För att motverka dendritbildning infunderar de elektrolytlösningen med nanodiamanter.

Nanodiamanter är extremt små diamanter.

Nanodiamanterna minskar drastiskt risken för att den kemiska reaktionen inträffar vid elektroderna som resulterar i dendritbildning. Litium beläggs på en av elektroderna under batteriurladdning. Nanodiamanterna underlättar en enhetlig beläggning och förhindrar dendriter.

Slutgiltiga tankar

Teamet medger att även om denna metod är ganska effektiv baserat på deras tester, är det svårt att säga att deras metod helt skulle eliminera dendritbildning. Med det sagt är den här metoden ganska lovande eftersom den ökar säkerheten och möjliggör ett batteri med högre kapacitet.

Senast uppdaterad den 3 februari 2022

Ovanstående artikel kan innehålla affiliate-länkar som hjälper till att stödja Guiding Tech. Det påverkar dock inte vår redaktionella integritet. Innehållet förblir opartiskt och autentiskt.