Ličio jonų akumuliatorių sprogimo su deimantais prevencija

Palyginti su kitomis akumuliatorių technologijomis, ličio jonų (ličio jonų) akumuliatoriai turi gana aukštą energijos tankį ir ilgą tarnavimo laiką. Jų plėtra bėgant metams leido jiems būti pasirinkta akumuliatorių technologija daugelyje sričių.




Tai apima nešiojamos elektronikos maitinimą ir elektrinės transporto priemonės. Nors jie pasižymi pageidaujamomis savybėmis ir pralenkia kitas komerciškai prieinamas technologijas, tačiau jie nėra be problemų.



Ličio jonų baterijos tinkamomis sąlygomis gali pavojingai sprogti. Tai kelia didelį nerimą. Jų potencialus pavojus yra toks, kad oro transporto bendrovės šią baterijų technologiją leidžia naudoti tik rankiniame bagaže.

Kai kyla ličio jonų baterijų sprogimo tema, liūdnai pagarsėjusi „Samsung Galaxy Note 7“iškart ateina į galvą. Keletas šios baterijos galiausiai priminė „Samsung“ įrenginį tiesiog sprogo.

Ginčai, susiję su sprogstančios hoverboards taip pat pasirodo. Bendras vardiklis tarp šių 2 scenarijų yra tas, kad sprogimai įvyko dėl sugedusių Li-ion akumuliatorių.

Nors šie 2 atvejai sulaukė daug dėmesio, Kiti įrenginiai turinčios ličio jonų baterijas sprogo anksčiau. Tinkamai kontroliuojamomis baterijomis tai retai būna, tačiau sprogstamoji ličio jonų baterija yra rimta rizika, kurios nereikėtų vertinti atsargiai.

Tyrėjų grupė iš Drexelio universitetaspripažino, kad vis dar yra rizika, susijusi su šia akumuliatorių technologija, ir sugalvojo įdomus posūkisį šią istoriją. Jie naudoja deimantus, kad baterijos būtų stabilesnės! Aš tikrai noriu jums visiems papasakoti apie šį naują sprendimą, bet pirmiausia pateiksime pagrindinę informaciją.

Pagrindiniai akumuliatoriaus komponentai yra šie:

  • Teigiami ir neigiami terminalai: Tai yra elektros įrangos sąlyčio taškai. Jie leidžia elektrai pereiti iš akumuliatoriaus į įrangą.
  • Anodas ir katodas: Šiuose elektroduose, kurie sukuria srovę, vyksta cheminės reakcijos.
  • Elektrolitas: Tai terpė, leidžianti tekėti krūviui tarp katodo ir anodo.




Kaip sugenda ir vėliau sprogo ličio jonų akumuliatoriai

Sprogimai ličio jonų akumuliatoriuose daugiausia atsiranda dėl trumpojo teigiamo ir neigiamo gnybto jungimo. Susidarius struktūroms, vadinamoms dendritais, baterijų viduje gali atsirasti šie trumpi jungimai.

A trumpas sujungimas yra elektros jungtis, sukelianti per didelę srovės tėkmę ir generuojanti šilumą.

Dendritai yra kaupimasis, kuris gali susidaryti ličio jonų akumuliatoriaus viduje.

Aukščiau pavaizduoti dendritai, panašiai kaip tie, kurie susidaro sugedus akumuliatoriui. | Drexelio universitetas

Iš esmės šie dendritai trumpina trumpąjį ir neigiamą akumuliatoriaus gnybtus, generuodami didelius kiekius šilumos ir uždegdami elektrolitą akumuliatoriaus viduje.

Dauguma elektrolitų yra degi. Užsidegęs elektrolitas paprastai sukelia sprogimą.



Saugos priemonės

Laimei, kad aukštos kokybės ličio jonų akumuliatoriuose yra saugos mechanizmai.

Dabartinės priemonės

Siekiant užkirsti kelią dendrito susidarymui, šiuo metu rinkoje esančiose ličio jonų baterijose naudojamas grafito elektrodas, užpildytas ličiu. Nors ši konfigūracija slopina dendrito susidarymą, ji taip pat sumažina akumuliatoriaus energijos tankį.

Jei šis elektrodas pagamintas iš gryno ličio, akumuliatorių galia būtų maždaug 10 kartų didesnė. Tačiau jie taip pat labiau tikėtina, kad sprogs dėl padidėjusio dendritų susidarymo galimybių.

Šis metodas yra gana efektyvus. Tačiau žemos kokybės akumuliatoriai dažniausiai būna netinkami, o tai gali sukelti sprogimus. Nors taip yra, toliau aprašytas metodas galėtų būti dar geresnis saugos mechanizmas.

„Drexel“ tyrėjų naujas sprendimas

„Drexel“ komanda pasiūlė naują sprendimą, kaip išlaikyti gryno ličio energijos tankį, tuo pačiu padidinant saugą. Jie suprojektavo bateriją, kurioje naudojamas grynas ličio elektrodas. Siekdami neutralizuoti dendrito susidarymą, jie užpila elektrolito tirpalą nanodimantais.

Nanodimantai yra ypač maži deimantai.

Nanodimandai drastiškai sumažina elektrodų cheminės reakcijos, galinčios sukelti dendritą, riziką. Akumuliatoriaus išsikrovimo metu lidas yra padengtas vienu iš elektrodų. Nanodimandai palengvina vienodą dangą ir apsaugo nuo dendritų susidarymo.





Baigiamosios mintys

Komanda pripažįsta, kad nors šis metodas yra gana efektyvus remiantis jų bandymais, sunku pasakyti, kad jų metodas visiškai pašalintų dendrito susidarymą. Atsižvelgiant į tai, šis metodas yra gana perspektyvus, nes jis padidina saugumą ir leidžia naudoti didesnės talpos akumuliatorių.