Sprječavanje eksplozije litij-ionskih akumulatora dijamantima

U usporedbi s drugim tehnologijama baterija, litij-ionske baterije imaju relativno visoku energetsku gustoću i dug životni vijek. Njihov razvoj tijekom godina omogućio im je da budu baterijska tehnologija izbora u brojnim područjima.

Oni uključuju napajanje prijenosne elektronike i električna vozila. Iako posjeduju poželjne karakteristike i nadmašuju druge komercijalno dostupne tehnologije, ipak nisu bez svojih problema.

Li-ionske baterije mogu opasno eksplodirati u pravim uvjetima. To je razlog za veliku zabrinutost. Njihova je potencijalna opasnost takva da zrakoplovne kompanije dopuštaju samo ovu baterijsku tehnologiju u ručnoj prtljazi.

Kad se pojavi tema o eksploziji Li-ion baterija, odmah na pamet dolazi zloglasni Samsung Galaxy Note 7. Nekoliko baterija ovog uređaja povuklo je naprosto eksplodiranje.

Rasprava povezana s eksplodiranjem hoverboarda također se pojavljuje. Zajednički nazivnik između ta dva scenarija je da su eksplozije bile posljedica neispravnih Li-ion baterija.

Iako su ova dva slučaja privukla puno pažnje, drugi uređaji koji sadrže Li-ion baterije prije su eksplodirali. Iako je to slučaj s pravilno kontroliranim baterijama, eksplodirajuća Li-ion baterija ozbiljan je rizik koji se ne bi trebalo uzimati olako.

Skupina istraživača sa Sveučilišta Drexel prepoznala je da još uvijek postoje rizici povezani s ovom tehnologijom baterija i naišla je na zanimljiv zaokret ovoj priči. Koriste dijamante kako bi baterije postale stabilnije! Zaista vam želim reći sve o ovom rješenju romana, ali prvo, razmotrimo neke pozadinske informacije.

Glavne komponente baterije su sljedeće:

• Pozitivni i negativni terminali: Ovo su dodirne točke za električnu opremu. Omogućuju prolazak električne energije iz baterije na opremu.
• Anoda i katoda: Na tim elektrodama koje su odgovorne za stvaranje struje nastaju kemijske reakcije.
• Elektrolit: ovo je medij koji omogućuje protok naboja između katode i anode.

Kako litij-ionske baterije propadaju i naknadno eksplodiraju

Eksplozije u Li-ion baterijama uglavnom se javljaju zbog kratkog spoja pozitivnih i negativnih terminala. Stvaranje struktura zvanih dendriti na unutrašnjoj strani baterija može uzrokovati ove kratke spojeve.

Kratki spoj je električna veza koja uzrokuje preveliki protok struje i stvara toplinu.

Dendriti su nakupine koje se mogu stvoriti na unutarnjoj strani Li-ion baterije.

U osnovi, ovi dendriti kratko spajaju pozitivne i negativne priključke akumulatora, stvarajući veliku količinu topline i paljenje elektrolita unutar baterije.

Većina elektrolita je zapaljiva. Kada se zapali, elektrolit obično uzrokuje eksploziju.

Sigurnosne mjere

Srećom mjere sigurnosni mehanizmi postoje u visokokvalitetnim Li-ion baterijama.

Trenutne mjere

Da bi se spriječilo stvaranje dendrita, Li-ion baterije koje se trenutno nalaze na tržištu koriste grafitnu elektrodu koja je napunjena litijem. Iako ova konfiguracija suzbija stvaranje dendrita, ona također smanjuje gustoću energije baterije.

Ako je ova elektroda izrađena od čistog litija, baterije bi imale oko 10 puta veću od trenutnog kapaciteta. Međutim, vjerojatnije je da će eksplodirati i zbog povećanog potencijala za nastajanje dendrita.

Ova metoda je prilično učinkovita. Međutim, baterije pod niskom kvalitetom obično se ne ispravljaju što može rezultirati eksplozijama. Iako je to slučaj, sljedeća metoda mogla bi biti još bolji sigurnosni mehanizam.

Drexel istraživačima novo rješenje

Drexel tim smislio je novo rješenje za održavanje energetske gustoće čistog litija uz istovremeno povećanje sigurnosti. Dizajnirali su bateriju koja koristi čistu litijevu elektrodu. Kako bi spriječili stvaranje dendrita, infuziraju otopinu elektrolita s nanodiamondima.

Nanodijamanti su izuzetno mali dijamanti.

Nanodijamanti drastično smanjuju rizik od kemijskih reakcija koje se događaju na elektrodama, što rezultira stvaranjem dendrita. Litij se nanosi na jednu od elektroda tijekom pražnjenja akumulatora. Nanodijamanti olakšavaju jednolik premaz, sprečavajući dendrite.

Završne misli

Tim priznaje da je, iako je ova metoda prilično učinkovita na temelju njihovih testova, teško reći da bi njihova metoda potpuno eliminirala stvaranje dendrita. Uz spomenuto, ova je metoda prilično obećavajuća jer povećava sigurnost i omogućava bateriju većeg kapaciteta.