Forhindrer litiumionbatteriets eksplosjoner med diamanter

Sammenlignet med andre batteriteknologier, har litium-ion-batterier (Li-ion) -batterier en relativt høy energitetthet og lang levetid. Utviklingen deres gjennom årene har gjort det mulig for dem å være den valgte batteriteknologien på en rekke områder.

Disse inkluderer å drive bærbar elektronikk og elektriske kjøretøyer. Mens de har ønskelige egenskaper og overgår annen kommersiell tilgjengelig teknologi, er de imidlertid ikke uten deres problemer.

Li-ion-batterier kan farlig eksplodere under de rette forholdene. Dette er grunn til stor bekymring. Deres potensielle fare er slik at flyselskapene bare tillater denne batteriteknologien i bagasjen.

Når temaet med eksplosive Li-ion-batterier kommer opp, kommer den beryktede Samsung Galaxy Note 7 øyeblikkelig. Flere batterier av dette til slutt husket Samsung-enheten ganske enkelt eksploderte.

Kontroversen knyttet til eksploderende hoverboards dukker også opp. Fellesnevneren mellom disse to scenariene er at eksplosjonene var som et resultat av defekte Li-ion-batterier.

Mens disse to tilfellene fikk mye oppmerksomhet, har andre enheter som inneholder Li-ion-batterier eksplodert før. Selv om det er sjelden med riktig kvalitetskontrollerte batterier, er et eksploderende Li-ion-batteri en alvorlig risiko som ikke bør tas lett på.

En gruppe forskere fra Drexel University erkjente at det fortsatt er risiko forbundet med denne batteriteknologien og har kommet med en interessant vri på denne historien. De bruker diamanter for å gjøre batteriene mer stabile! Jeg vil virkelig fortelle deg alt om denne nye løsningen, men først, la oss gå gjennom litt bakgrunnsinformasjon.

Hovedkomponentene i et batteri er som følger:

• Positive og negative terminaler: Dette er kontaktpunktene for elektrisk utstyr. De lar strøm gå fra batteriet til utstyret.
• Anode og katode: Kjemiske reaksjoner oppstår ved disse elektrodene som er ansvarlige for generering av en strøm.
• Elektrolytt: Dette er et medium som gir mulighet for strømning av ladning mellom katoden og anoden.

Hvordan litiumionbatterier mislykkes og deretter eksploderer

Eksplosjoner i Li-ion-batterier oppstår hovedsakelig på grunn av kortslutning av positive og negative terminaler. Dannelse av strukturer som kalles dendritter på innsiden av batteriene kan forårsake disse kortslutningene.

En kortslutning er en elektrisk forbindelse som forårsaker for stor strøm og genererer varme.

Dendritter er oppbygginger som kan dannes på innsiden av et Li-ion-batteri.

I hovedsak kortslutter disse de positive og negative terminalene på batteriet, og genererer store mengder varme og tenner elektrolytten inne i batteriet.

De fleste elektrolytter er brennbare. Ved antenning vil en elektrolytt vanligvis forårsake en eksplosjon.

Sikkerhetstiltak

Heldigvis måler sikkerhetsmekanismer i Li-ion-batterier av høy kvalitet.

Gjeldende tiltak

For å forhindre dannelse av dendritt bruker Li-ion-batterier som for tiden er på markedet en grafittelektrode som er fylt med litium. Selv om denne konfigurasjonen demper dendrittdannelse, reduserer den også energitettheten til batteriet.

Hvis denne elektroden er laget av rent litium, vil batteriene ha rundt 10 ganger sin nåværende kapasitet. Imidlertid vil det også være mer sannsynlig at de eksploderer på grunn av et økt potensiale for dendrittdannelse.

Denne metoden er ganske effektiv. Imidlertid pleier batterier av under høy kvalitet ikke å være helt riktig, noe som kan føre til eksplosjoner. Selv om dette er tilfelle, kan metoden beskrevet nedenfor potensielt være en enda bedre sikkerhetsmekanisme.

Drexel forskere romanløsning

Drexel-teamet kom med en ny løsning for å opprettholde energitettheten til rent litium og samtidig øke sikkerheten. De designet et batteri som bruker en ren litiumelektrode. For å motvirke dendrittdannelse, tilfører de elektrolyttløsningen med nanodiamanter.

Nanodiamonds er ekstremt små diamanter.

Nanodiamundene reduserer drastisk risikoen for at den kjemiske reaksjonen oppstår ved elektrodene, noe som resulterer i dendrittdannelse. Litium blir belagt på en av elektrodene under utladning av batteriet. Nanodiamundene letter et jevnt belegg og forhindrer dendritter.

Siste tanker

Teamet innrømmer at selv om denne metoden er ganske effektiv basert på testene deres, er det vanskelig å si at deres metode fullstendig ville eliminere dendrittdannelse. Når det er sagt, er denne metoden ganske lovende ettersom den forbedrer sikkerheten og gir mulighet for et batteri med høyere kapasitet.