Предотвращение взрыва литий-ионного аккумулятора с помощью алмазов

По сравнению с другими технологиями аккумуляторов литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы имеют относительно высокую плотность энергии и длительный срок службы. Их развитие на протяжении многих лет позволило им стать аккумуляторной технологией в ряде областей.

К ним относятся питание портативной электроники и электромобилей. Хотя они обладают желаемыми характеристиками и превосходят другие коммерчески доступные технологии, они, однако, не без их проблем.

Литий-ионные аккумуляторы могут взорваться при правильных условиях. Это вызывает серьезную обеспокоенность. Их потенциальная опасность такова, что авиалинии разрешают использовать эту технологию только в ручной клади.

Когда поднимается тема взрыва литий-ионных батарей, сразу приходит в голову печально известная Samsung Galaxy Note 7. Несколько аккумуляторов этого в конечном итоге напоминающего устройства Samsung просто взорвались.

Разногласия, связанные с взрывом ховербордов, также всплывают. Общим знаменателем между этими двумя сценариями является то, что взрывы произошли в результате неисправных литий-ионных батарей.

Хотя этим двум случаям уделялось много внимания, другие устройства, содержащие литий-ионные аккумуляторы, уже взрывались. Хотя это редко случается с батареями с надлежащим контролем качества, взрывающаяся литий-ионная батарея является серьезным риском, который не следует воспринимать легкомысленно

Группа исследователей из Университета Дрексел признала, что с этой технологией аккумуляторных батарей все еще существуют риски, и предложила интересный поворот в этой истории. Они используют алмазы, чтобы сделать батареи более стабильными! Я действительно хочу рассказать вам все об этом новом решении, но сначала давайте рассмотрим некоторую справочную информацию.

Основными компонентами батареи являются следующие:

• Положительные и отрицательные клеммы: это точки контакта для электрического оборудования. Они позволяют электричеству проходить от батареи к оборудованию.
• Анод и катод: на этих электродах происходят химические реакции, которые отвечают за генерацию тока.
• Электролит: это среда, которая обеспечивает поток заряда между катодом и анодом.

Как литий-ионные батареи выходят из строя и впоследствии взрываются

Взрывы в литий-ионных батареях происходят в основном из-за короткого замыкания положительного и отрицательного полюсов. Образование структур, называемых дендритами внутри батарей, может вызвать эти короткие замыкания.

Короткое замыкание - это электрическое соединение, которое вызывает чрезмерный ток и выделяет тепло.

Дендриты - это накопления, которые могут образовываться внутри литий-ионной батареи.

По существу, эти дендриты закорачивают положительную и отрицательную клеммы батареи, генерируя большое количество тепла и воспламеняя электролит внутри батареи.

Большинство электролитов являются легковоспламеняющимися. При воспламенении электролит обычно вызывает взрыв.

Меры предосторожности

К счастью, меры безопасности существуют в высококачественных литий-ионных батареях.

Текущие меры

Чтобы предотвратить образование дендритов, в настоящее время на рынке представлены литий-ионные батареи с графитовым электродом, заполненным литием. Хотя эта конфигурация подавляет образование дендритов, она также снижает плотность энергии батареи.

Если этот электрод изготовлен из чистого лития, его емкость будет примерно в 10 раз больше текущей. Тем не менее, они также с большей вероятностью взорвутся из-за повышенного потенциала образования дендритов.

Этот метод довольно эффективен. Однако батареи низкого качества, как правило, не совсем правильно понимают, что может привести к взрыву. Несмотря на то, что это так, описанный ниже метод потенциально может быть еще лучшим механизмом безопасности.

Исследователи Drexel Novel Solution

Команда Drexel предложила новое решение для поддержания плотности энергии чистого лития при одновременном повышении безопасности. Они разработали батарею, в которой используется чистый литиевый электрод. Чтобы противодействовать образованию дендритов, они наполняют раствор электролита наноалмазами.

Наноалмазы - это чрезвычайно мелкие бриллианты.

Наноалмазы резко снижают риск химической реакции на электродах, приводящей к образованию дендритов. Литий наносится на один из электродов во время разряда батареи. Наноалмазы способствуют равномерному покрытию, предотвращая образование дендритов.

Последние мысли

Команда признает, что, хотя этот метод достаточно эффективен на основе их тестов, трудно сказать, что их метод полностью исключил бы образование дендритов. С учетом вышесказанного, этот метод является весьма перспективным, поскольку он повышает безопасность и позволяет использовать аккумулятор большей емкости.