Forebyggelse af lithium-ion-batterieksplosioner med diamanter

Sammenlignet med andre batteriteknologier har litiumionbatterier (Li-ion) -batterier en relativt høj energitæthed og lang levetid. Deres udvikling gennem årene har gjort det muligt for dem at være den valgte batteriteknologi på en række områder.

Disse inkluderer strømforsyning til bærbar elektronik og elektriske køretøjer. Mens de har ønskelige egenskaber og overgår andre kommercielt tilgængelige teknologi, er de imidlertid ikke uden deres problemer.

Li-ion batterier kan farligt eksplodere under de rigtige forhold. Dette er grund til stor bekymring. Deres potentielle fare er sådan, at luftfartsselskaberne kun tillader denne batteriteknologi i bagage.

Når emnet med eksploderende Li-ion-batterier kommer op, kommer den berygtede Samsung Galaxy Note 7 straks op i tankerne. Flere batterier af dette til sidst huskede Samsung-enhed simpelthen eksploderede.

Kontroversen forbundet med eksploderende hoverboards dukker også op. Fællesnævneren mellem disse 2 scenarier er, at eksplosionerne var som et resultat af defekte Li-ion-batterier.

Mens disse 2 tilfælde fik meget opmærksomhed, er andre enheder, der indeholder Li-ion-batterier, eksploderet før. Selvom det er sjældent med korrekt kvalitetsstyrede batterier, er et eksploderende Li-ion-batteri en alvorlig risiko, som ikke bør tages let.

En gruppe forskere fra Drexel University erkendte, at der stadig er risici forbundet med denne batteriteknologi og har fundet en interessant vri på denne historie. De bruger diamanter for at gøre batterierne mere stabile! Jeg vil virkelig fortælle jer alt om denne nye løsning, men lad os først gennemgå nogle baggrundsoplysninger.

De vigtigste komponenter i et batteri er som følger:

• Positive og negative terminaler: Dette er kontaktpunkterne for elektrisk udstyr. De tillader elektricitet at passere fra batteriet til udstyret.
• Anode og katode: Kemiske reaktioner forekommer ved disse elektroder, der er ansvarlige for generering af en strøm.
• Elektrolyt: Dette er et medium, der muliggør strømning af ladning mellem katoden og anoden.

Hvordan litiumionbatterier mislykkes og derefter eksploderer

Eksplosioner i Li-ion-batterier forekommer hovedsageligt på grund af kortslutning af de positive og negative klemmer. Dannelsen af ​​strukturer kaldet dendriter på indersiden af ​​batterier kan forårsage disse kortslutninger.

En kortslutning er en elektrisk forbindelse, der forårsager for stor strøm og genererer varme.

Dendritter er opbygninger, der kan dannes på indersiden af ​​et Li-ion-batteri.

I det væsentlige kortslutter disse dendritter de positive og negative klemmer på batteriet, hvilket genererer store mængder varme og antænder elektrolytten inde i batteriet.

De fleste elektrolytter er brandfarlige. Ved antændelse vil en elektrolyt normalt forårsage en eksplosion.

Sikkerhedsforanstaltninger

Heldigvis måler sikkerhedsmekanismer i Li-ion-batterier af høj kvalitet.

Aktuelle mål

For at forhindre dannelse af dendrit bruger Li-ion-batterier, der i øjeblikket findes på markedet, en grafitelektrode, der er fyldt med litium. Mens denne konfiguration undertrykker dannelse af dendrit, reducerer den også batteriets energitetthed.

Hvis denne elektrode er lavet af rent litium, ville batterierne have ca. 10 gange deres nuværende kapacitet. Imidlertid ville de også være mere tilbøjelige til at eksplodere på grund af et øget potentiale for dendritdannelse.

Denne metode er ret effektiv. Imidlertid har batterier under pari-kvalitet en tendens til ikke at få det helt rigtigt, hvilket kan resultere i eksplosioner. Selvom dette er tilfældet, kan den næste beskrevne metode potentielt være en endnu bedre sikkerhedsmekanisme.

Drexel forskere romanopløsning

Drexel-teamet kom med en ny løsning til at opretholde energitætheden i rent litium og samtidig forbedre sikkerheden. De designet et batteri, der bruger en ren Lithium-elektrode. For at modvirke dannelse af dendrit infunderer de elektrolytopløsningen med nanodiamanter.

Nanodiamanter er ekstremt små diamanter.

Nanodiamanterne reducerer drastisk risikoen for, at den kemiske reaktion finder sted ved elektroderne, hvilket resulterer i dendritdannelse. Litium overtrækkes på en af ​​elektroderne under batteriafladning. Nanodiamanter letter en ensartet belægning og forhindrer dendritter.

Afsluttende tanker

Holdet indrømmer, at selvom denne metode er ret effektiv baseret på deres test, er det vanskeligt at sige, at deres metode fuldstændigt ville eliminere dannelse af dendrit. Når det er sagt, er denne metode ganske lovende, da den forbedrer sikkerheden og giver mulighed for et batteri med større kapacitet.