Litium-ioni-akkujen räjähdysten estäminen timanteilla

Verrattuna muihin akkutekniikoihin, litiumioniakuilla (Li-ion) on suhteellisen korkea energiatiheys ja pitkä käyttöikä. Niiden kehitys vuosien mittaan on antanut heille mahdollisuuden olla valittu akkutekniikka monilla aloilla.

Näitä ovat kannettava elektroniikka ja sähköajoneuvot. Vaikka niillä on toivotut ominaisuudet ja ne ylittävät muun kaupallisesti saatavan tekniikan, ne eivät kuitenkaan ole ilman ongelmiaan.

Li-ion-akut voivat räjähtää vaarallisesti oikeissa olosuhteissa. Tämä aiheuttaa suurta huolta. Niiden mahdollinen vaara on sellainen, että lentoyhtiöt sallivat tämän akkutekniikan vain käsimatkatavaroissa.

Kun Li-ion-akkujen räjähtäminen tulee esiin, surullinen Samsung Galaxy Note 7 tulee heti mieleen. Useat paristot tästä lopulta muistutti Samsung-laite yksinkertaisesti räjähti.

Räjähtäviin leijalautoihin liittyvä kiista myös nousee esiin. Näiden kahden skenaarion välinen yhteinen nimittäjä on, että räjähdykset johtuivat viallisista Li-ion-akkuista.

Vaikka nämä kaksi tapausta saivat paljon huomiota, muut laitteet, jotka sisältävät Li-ion-akkuja, ovat räjähtäneet aiemmin. Räjähtävä litium-ioni-akku on vakava riski, jota ei pidä harkita kevyesti, vaikka se on harvoin asianmukaisesti valvotuilla akkuilla.

Ryhmä Drexelin yliopiston tutkijoita tunnusti, että tähän akkutekniikkaan liittyy edelleen riskejä, ja he ovat keksineet mielenkiintoisen käänteen tähän tarinaan. He käyttävät timantteja paristojen vakauden parantamiseksi! Haluan todella kertoa teille kaikille tästä uudesta ratkaisusta, mutta ensin käydään läpi taustatietoja.

Akun pääkomponentit ovat seuraavat:

• Positiiviset ja negatiiviset navat: Nämä ovat sähkölaitteiden kosketuspisteet. Ne antavat sähkön kulkea akusta laitteisiin.
• Anodi ja katodi: Näissä elektrodoissa tapahtuu kemiallisia reaktioita, jotka vastaavat virran muodostumisesta.
• Elektrolyytti: Tämä on väliaine, joka mahdollistaa varauksen virtauksen katodin ja anodin välillä.

Kuinka litium-ioni-akut rikkoutuvat ja räjähtävät myöhemmin

Räjähdykset Li-ion-akkuissa johtuvat pääasiassa positiivisten ja negatiivisten napojen oikosulusta. Dendriitiksi kutsuttujen rakenteiden muodostuminen paristojen sisäpuolelle voi aiheuttaa nämä oikosulut.

Oikosulku on sähkökytkentä, joka aiheuttaa liiallisen virran virtauksen ja tuottaa lämpöä.

Dendriitit ovat rakennuksia, joita voi muodostua Li-ion-akun sisäpuolelle.

Pohjimmiltaan nämä dendriitit oikosuluttavat akun positiivisia ja negatiivisia napoja tuottaen suuria määriä lämpöä ja sytyttäen elektrolyytin akun sisällä.

Useimmat elektrolyytit ovat palavia. Sytytettynä elektrolyytti aiheuttaa yleensä räjähdyksen.

Turvatoimet

Onneksi korkean laadun Li-ion-akkujen turvamekanismit ovat olemassa.

Nykyiset toimenpiteet

Dendriittien muodostumisen estämiseksi tällä hetkellä markkinoilla olevat Li-ion-akut käyttävät grafiittielektrodia, joka on täytetty litiumilla. Vaikka tämä kokoonpano estää dendriitin muodostumisen, se vähentää myös akun energiatiheyttä.

Jos tämä elektrodi on valmistettu puhdasta litiumia, akkujen kapasiteetti olisi noin 10-kertainen. Ne todennäköisesti räjähtää myös dendriittien muodostumisen lisääntyneen potentiaalin vuoksi.

Tämä menetelmä on melko tehokas. Huippulaadukkaat akut eivät kuitenkaan yleensä saa sitä oikein, mikä voi johtaa räjähdyksiin. Vaikka näin on, seuraavaksi kuvattu menetelmä voisi mahdollisesti olla vielä parempi turvamekanismi.

Drexel-tutkijoiden uusi ratkaisu

Drexel-tiimi keksi uuden ratkaisun puhtaan litiumin energiatiheyden ylläpitämiseksi ja samalla turvallisuuden lisäämiseksi. He suunnittelivat akun, joka käyttää puhdasta litium-elektrodia. Dendriittien muodostumisen estämiseksi ne infusoivat elektrolyyttiliuosta nanodimanteilla.

Nanodimandit ovat erittäin pieniä timantteja.

Nanodimanttit vähentävät dramaattisesti elektrodien aiheuttaman kemiallisen reaktion riskiä, ​​joka johtaa dendriitin muodostumiseen. Litium päällystetään yhdelle elektrodista akun purkautumisen aikana. Nanodimanttit helpottavat tasaista pinnoitetta estäen dendriittejä.

Lopulliset ajatukset

Ryhmä myöntää, että vaikka tämä menetelmä on heidän testiensä perusteella varsin tehokas, on vaikea sanoa, että heidän menetelmä poistaisi dendriitin muodostumisen kokonaan. Tätä sanottuna tämä menetelmä on varsin lupaava, koska se parantaa turvallisuutta ja mahdollistaa suuremman kapasiteetin akun.