Zapobieganie eksplozji akumulatorów litowo-jonowych za pomocą diamentów

W porównaniu z innymi technologiami akumulatorów akumulatory litowo-jonowe (Li-ion) mają stosunkowo wysoką gęstość energii i długą żywotność. Ich rozwój na przestrzeni lat umożliwił im wybór technologii baterii w wielu dziedzinach.

Obejmują one zasilanie przenośnej elektroniki i pojazdów elektrycznych. Chociaż posiadają pożądane właściwości i przewyższają inne dostępne na rynku technologie, nie są jednak pozbawione problemów.

Akumulatory litowo-jonowe mogą niebezpiecznie eksplodować w odpowiednich warunkach. To jest powód do wielkiej troski. Ich potencjalne niebezpieczeństwo polega na tym, że linie lotnicze dopuszczają tę technologię baterii tylko w bagażu podręcznym.

Kiedy pojawia się temat eksplodujących akumulatorów litowo-jonowych, przychodzi na myśl niesławny Samsung Galaxy Note 7. Kilka baterii tego ostatecznie wycofanego urządzenia Samsung po prostu eksplodowało.

Pojawiają się także kontrowersje związane z eksplodującymi hoverboardami. Wspólnym mianownikiem pomiędzy tymi dwoma scenariuszami jest to, że eksplozje były wynikiem wadliwych akumulatorów litowo-jonowych.

Podczas gdy te 2 przypadki cieszyły się dużym zainteresowaniem, inne urządzenia zawierające akumulatory litowo-jonowe eksplodowały wcześniej. Chociaż jest to rzadkie w przypadku właściwie kontrolowanych baterii, eksplodująca bateria litowo-jonowa stanowi poważne ryzyko, którego nie należy lekceważyć.

Grupa naukowców z Uniwersytetu Drexel uznała, że ​​nadal istnieje ryzyko związane z tą technologią baterii i wymyślili interesujący zwrot w tej historii. Używają diamentów, aby uczynić baterie bardziej stabilnymi! Naprawdę chcę ci opowiedzieć o tym nowatorskim rozwiązaniu, ale najpierw przejdźmy do kilku podstawowych informacji.

Główne elementy baterii są następujące:

• Zaciski dodatnie i ujemne: są to punkty styku urządzeń elektrycznych. Pozwalają na przejście prądu z akumulatora do urządzenia.
• Anoda i katoda: Reakcje chemiczne zachodzą na tych elektrodach, które są odpowiedzialne za wytwarzanie prądu.
• Elektrolit: Jest to medium, które pozwala na przepływ ładunku między katodą i anodą.

Jak baterie litowo-jonowe ulegają awarii i następnie eksplodują

Wybuchy w akumulatorach litowo-jonowych występują głównie z powodu zwarcia dodatnich i ujemnych zacisków. Tworzenie się struktur zwanych dendrytami na wewnętrznej stronie baterii może spowodować te zwarcia.

Zwarcie to połączenie elektryczne, które powoduje nadmierny przepływ prądu i generuje ciepło.

Dendryty to nagromadzenia, które mogą tworzyć się wewnątrz baterii litowo-jonowej.

Zasadniczo te dendryty zwierają dodatnie i ujemne zaciski akumulatora, generując duże ilości ciepła i zapalając elektrolit wewnątrz akumulatora.

Większość elektrolitów jest łatwopalna. Po zapaleniu elektrolit zwykle powoduje eksplozję.

Środki ostrożności

Na szczęście istnieją mechanizmy bezpieczeństwa w wysokiej jakości akumulatorach litowo-jonowych.

Środki bieżące

Aby zapobiec tworzeniu się dendrytów, akumulatory litowo-jonowe obecnie dostępne na rynku wykorzystują elektrodę grafitową wypełnioną litem. Chociaż ta konfiguracja tłumi tworzenie się dendrytów, zmniejsza również gęstość energii akumulatora.

Gdyby ta elektroda była wykonana z czystego litu, baterie miałyby około 10 razy większą pojemność. Jednak byłyby bardziej narażone na eksplozję z powodu zwiększonego potencjału tworzenia dendrytów.

Ta metoda jest dość skuteczna. Akumulatory o niższej jakości zwykle jednak nie działają prawidłowo, co może spowodować eksplozje. Chociaż tak jest, opisana metoda może być potencjalnie jeszcze lepszym mechanizmem bezpieczeństwa.

Nowe rozwiązanie Drexel Researchers

Zespół Drexel opracował nowatorskie rozwiązanie pozwalające utrzymać gęstość energii czystego litu, jednocześnie zwiększając bezpieczeństwo. Zaprojektowali baterię, która wykorzystuje czystą elektrodę litową. Aby przeciwdziałać tworzeniu się dendrytów, napełniają one roztwór elektrolitu nanodiamentami.

Nanodiamenty to niezwykle małe diamenty.

Nanodiamenty drastycznie zmniejszają ryzyko reakcji chemicznej zachodzącej na elektrodach, co powoduje tworzenie się dendrytów. Lit jest powlekany na jednej z elektrod podczas rozładowywania akumulatora. Nanodiamenty ułatwiają jednolitą powłokę, zapobiegając dendrytom.

Końcowe przemyślenia

Zespół przyznaje, że chociaż metoda ta jest dość skuteczna na podstawie ich testów, trudno powiedzieć, że ich metoda całkowicie wyeliminowałaby formowanie dendrytów. Mając to na uwadze, metoda ta jest dość obiecująca, ponieważ zwiększa bezpieczeństwo i pozwala na baterię o większej pojemności.