Запобігання вибуху літій-іонних акумуляторів за допомогою діамантів

У порівнянні з іншими технологіями батареї, літій-іонні (Li-ion) акумулятори мають відносно високу щільність енергії та тривалий термін служби. Їх розвиток протягом багатьох років дозволив їм стати найкращою технологією акумулятора в ряді областей.

До них відноситься живлення портативної електроніки та електромобілі. Незважаючи на те, що вони мають бажані характеристики та перевершують інші комерційно доступні технології, вони не позбавлені проблем.

Літій-іонні батареї може небезпечно вибухнути за належних умов. Це викликає велике занепокоєння. Їхня потенційна небезпека така, що авіакомпанії дозволяють використовувати цю технологію акумулятора лише в ручній поклажі.

Коли з’являється тема вибуху літій-іонних акумуляторів, сумнозвісно Samsung Galaxy Note 7 відразу спадає на думку. Кілька батарей цього відкликаного пристрою Samsung просто вибухнули.

Суперечка, пов'язана з вибухають ховерборди також спливає. Спільним знаменником цих двох сценаріїв є те, що вибухи сталися в результаті несправності літій-іонних батарей.

Хоча ці 2 випадки привернули велику увагу, інші пристрої літій-іонні батареї вибухали раніше. Хоча це рідко з батареями належної якості, які контролюються належним чином, літій-іонний акумулятор, що вибухає, є серйозним ризиком, до якого не слід ставитися легковажно.

Група дослідників з Університет Дрекселя визнали, що все ще існують ризики, пов’язані з цією технологією акумулятора, і придумали цікавий поворот до цієї історії. Вони використовують алмази, щоб зробити батареї більш стабільними! Я дійсно хочу розповісти вам все про це нове рішення, але спочатку давайте ознайомимося з довідковою інформацією.

Як літій-іонні батареї виходять з ладу і згодом вибухають

Вибухи в літій-іонних батареях в основному відбуваються через коротке замикання плюсової і негативної клем. Утворення структур, які називаються дендритами, на внутрішній стороні батарей може спричинити ці короткі замикання.

По суті, ці дендрити замикають позитивні та негативні полюси батареї, виробляючи велику кількість тепла і запалюючи електроліт всередині батареї.

Більшість електролітів легкозаймисті. При запаленні електроліт зазвичай викликає вибух.

Заходи безпеки

На щастя, у високоякісних літій-іонних акумуляторах існують механізми безпеки.

Поточні заходи

Щоб запобігти утворенню дендритів, літій-іонні батареї, які зараз представлені на ринку, використовують графітовий електрод, наповнений літієм. Хоча така конфігурація пригнічує утворення дендритів, вона також знижує щільність енергії батареї.

Якщо цей електрод виготовлений з чистого літію, батареї будуть мати приблизно в 10 разів більшу поточну ємність. Однак вони також з більшою ймовірністю вибухнуть через підвищений потенціал утворення дендритів.

Цей метод досить ефективний. Однак батареї низької якості, як правило, не працюють належним чином, що може призвести до вибухів. Хоча це так, метод, описаний далі, потенційно може бути ще кращим механізмом безпеки.

Нове рішення дослідників Drexel

Команда Drexel розробила нове рішення для підтримки щільності енергії чистого літію, одночасно підвищуючи безпеку. Вони розробили акумулятор, який використовує чистий літієвий електрод. Щоб протидіяти утворенню дендритів, вони вливають в розчин електроліту наноалмази.

Наноалмази - надзвичайно маленькі діаманти.

Наноалмази різко знижують ризик хімічної реакції, що відбувається на електродах, що призводить до утворення дендритів. Під час розрядки батареї на один з електродів наноситься літій. Наноалмази забезпечують рівномірне покриття, запобігаючи появі дендритів.

Останні думки

Команда визнає, що хоча цей метод є досить ефективним на основі їхніх тестів, важко сказати, що їхній метод повністю виключить утворення дендритів. З огляду на це, цей метод є досить перспективним, оскільки він підвищує безпеку і дозволяє використовувати акумулятор більшої ємності.