Prevenirea exploziilor bateriilor cu litiu-ion cu diamante

În comparație cu alte tehnologii cu baterii, bateriile cu ioni de litiu (Li-ion) au o densitate energetică relativ ridicată și o durată de viață lungă. Dezvoltarea lor de-a lungul anilor le-a permis să fie tehnologia bateriei la alegere într-o serie de domenii.

Acestea includ alimentarea electronică portabilă și vehiculele electrice. Cu toate că posedă caracteristici dezirabile și depășesc alte tehnologii disponibile comercial, totuși nu sunt lipsite de probleme.

Bateriile Li-ion pot exploda periculos în condiții potrivite. Acesta este un motiv de îngrijorare. Pericolul lor potențial este acela că companiile aeriene permit doar această tehnologie a acumulatorilor în bagajele transportabile.

Când apare subiectul explozării bateriilor Li-ion, infamul Samsung Galaxy Note 7 îmi vine imediat în minte. În cele din urmă, câteva baterii amintite de dispozitivul Samsung au explodat pur și simplu.

De asemenea, apare controversa asociată cu hoverboard-urile care explodează. Numitorul comun dintre aceste 2 scenarii este că exploziile au fost ca urmare a bateriilor Li-ion defecte.

În timp ce aceste 2 cazuri au primit multă atenție, alte dispozitive care conțin baterii Li-ion au explodat înainte. Deși este rar cu baterii controlate corespunzător de calitate, o baterie Li-ion în explozie reprezintă un risc grav care nu trebuie luat ușor.

Un grup de cercetători de la Universitatea Drexel a recunoscut că există încă riscuri asociate acestei tehnologii cu baterii și au venit cu o învârtire interesantă în această poveste. Folosesc diamante pentru a face bateriile mai stabile! Chiar vreau să vă spun totul despre această soluție inedită, dar mai întâi, să trecem prin câteva informații de fond.

Componentele principale ale unei baterii sunt următoarele:

• Terminale pozitive și negative: acestea sunt punctele de contact pentru echipamentele electrice. Ele permit trecerea electricității de la baterie la echipament.
• Anod și catod: Reacțiile chimice apar la acești electrozi care sunt responsabili pentru generarea unui curent.
• Electrolit: Acesta este un mediu care permite fluxul de încărcare între catod și anod.

Cum defectează bateriile cu ioni de litiu și apoi explodează

Exploziile în bateriile Li-ion apar în principal datorită scurtcircuitării bornelor pozitive și negative. Formarea structurilor numite dendrite pe interiorul bateriilor poate provoca aceste scurtcircuite.

Un scurtcircuit este o conexiune electrică care provoacă un debit excesiv de curent și generează căldură.

Dendritele sunt acumulatori care se pot forma pe interiorul unei baterii Li-ion.

În esență, aceste dendrite scurtcircuitează terminalele pozitive și negative ale bateriei, generând cantități mari de căldură și aprindând electrolitul din interiorul bateriei.

Majoritatea electroliților sunt inflamabile. Când este aprins, un electrolit va cauza de obicei o explozie.

Măsuri de siguranță

Din fericire, măsurile de siguranță există în bateriile Li-ion de înaltă calitate.

Măsuri actuale

Pentru a preveni formarea de dendrite, bateriile Li-ion existente pe piață utilizează un electrod grafit umplut cu litiu. În timp ce această configurație, suprimă formarea dendritei, reduce și densitatea energetică a bateriei.

Dacă acest electrod este format din litiu pur, bateriile ar avea de aproximativ 10 ori capacitatea lor curentă. Cu toate acestea, acestea ar fi, de asemenea, mai probabil să explodeze din cauza unui potențial crescut de formare a dendritei.

Această metodă este destul de eficientă. Cu toate acestea, bateriile de calitate inferioară au tendința de a nu obține corect, ceea ce poate duce la explozii. Deși acesta este cazul, metoda descrisă în continuare ar putea fi un mecanism și mai bun de siguranță.

Drexel Solutii de roman pentru cercetatori

Echipa Drexel a venit cu o soluție inedită pentru a menține densitatea energetică a litiu pur, sporind în același timp siguranța. Au proiectat o baterie care folosește un electrod cu litiu pur. Pentru a combate formarea dendritei, acestea infuzează soluția de electroliți cu nanodiamondele.

Nanodiamondele sunt diamante extrem de mici.

Nanodiamondele reduc drastic riscul reacției chimice care are loc la electrozi, ceea ce duce la formarea dendritei. Litiu este acoperit pe unul dintre electrozi în timpul descărcării bateriei. Nanodiamondele facilitează o acoperire uniformă, prevenind dendritele.

Gânduri finale

Echipa recunoaște că, deși această metodă este destul de eficientă pe baza testelor lor, este dificil de spus că metoda lor ar elimina complet formarea dendritei. Acestea fiind spuse, această metodă este destul de promițătoare, deoarece îmbunătățește siguranța și permite o baterie cu o capacitate mai mare.