Pırlantalı lityum-iyon pil patlamalarını önleme

Diğer batarya teknolojilerine kıyasla, Lityum iyon (Li-ion) bataryalar nispeten yüksek enerji yoğunluğuna ve uzun ömürlüdür. Yıllar içindeki gelişimi, birçok alanda tercih edilen batarya teknolojisi olmalarını sağlamıştır.

Bunlara güç veren portatif elektronik cihazlar ve elektrikli araçlar dahildir. Arzu edilen özelliklere sahip olsalar ve ticari olarak temin edilebilen diğer teknolojilerden daha iyi performans gösterse de, problemleri yoktur.

Li-ion piller doğru koşullar altında tehlikeli şekilde patlayabilir. Bu büyük endişe nedenidir. Potansiyel tehlikeleri, havayolu şirketlerinin sadece bu akü teknolojisinin el bagajında ​​kullanılmasına izin vermesidir.

Patlayan Li-ion piller gündeme geldiğinde, meşhur Samsung Galaxy Note 7 hemen akla geliyor. Sonunda bu hatırlanan Samsung cihazının birkaç pili basitçe patladı.

Patlayan hoverboardlarla ilgili tartışmalar da ortaya çıkıyor. Bu iki senaryo arasındaki ortak pay, patlamaların hatalı Li-ion pillerin bir sonucu olmasıydı.

Bu 2 vaka çok dikkat çekerken, Li-ion pil içeren diğer cihazlar daha önce patladı. Uygun kalitede kontrol edilen bataryalarda nadir görülmesine rağmen, patlayan Li-ion batarya hafifçe alınmaması gereken ciddi bir risktir.

Drexel Üniversitesi'nden bir grup araştırmacı, bu batarya teknolojisi ile ilgili risklerin hala mevcut olduğunu ve bu hikayeye ilginç bir bakış attığını fark etti. Pilleri daha kararlı hale getirmek için elmas kullanıyorlar! Size gerçekten bu yeni çözümü anlatmak istiyorum ama önce biraz arkaplan bilgisine bakalım.

Bir bataryanın ana bileşenleri şunlardır:

• Pozitif ve negatif terminaller: Bunlar elektrik ekipmanı için temas noktalarıdır. Elektriğin aküden ekipmana geçmesine izin verir.
• Anot ve katot: Akım oluşumundan sorumlu olan bu elektrotlarda kimyasal reaksiyonlar meydana gelir.
• Elektrolit: Bu, katot ve anot arasındaki şarj akışını sağlayan bir ortamdır.

Lityum İyon Piller Nasıl Arızalı ve Sonradan Patlayacak

Li-ion pillerdeki patlamalar temel olarak pozitif ve negatif terminallerin kısa devre yapması nedeniyle meydana gelir. Bataryaların içindeki dendritler olarak adlandırılan yapıların oluşumu bu kısa devrelere neden olabilir.

Kısa devre, aşırı akım akışına neden olan ve ısı üreten elektriksel bir bağlantıdır.

Dendritler, bir Li-ion pilin içinde oluşabilecek birikmelerdir.

Temel olarak, bu dendritler akünün pozitif ve negatif uçlarını kısa devre yapar, büyük miktarda ısı üretir ve akünün içindeki elektroliti ateşler.

Elektrolitlerin çoğu yanıcıdır. Ateşlendiğinde, bir elektrolit genellikle patlamaya neden olur.

Güvenlik önlemleri

Neyse ki yüksek kaliteli Li-ion pillerde var olan emniyet mekanizmalarını ölçer.

Mevcut önlemler

Dendrit oluşumunu önlemek için, şu anda piyasada bulunan Li-ion piller, Lityum ile doldurulmuş bir grafit elektrot kullanır. Bu konfigürasyon, dendrit oluşumunu bastırırken, aynı zamanda akünün enerji yoğunluğunu da azaltır.

Bu elektrot saf Lityum'dan yapılmışsa, bataryalar mevcut kapasitelerinin yaklaşık 10 katı olacaktır. Bununla birlikte, dendrit oluşumu potansiyelinin artması nedeniyle de patlaması daha muhtemel olacaktır.

Bu yöntem oldukça etkilidir. Bununla birlikte, düşük kaliteli piller, patlamalara yol açabilecek kadar doğru gelme eğilimindedir. Bu durumda, daha sonra açıklanan yöntem potansiyel olarak daha iyi bir güvenlik mekanizması olabilir.

Drexel Araştırmacıları Yeni Çözüm

Drexel ekibi, güvenliği arttırırken saf Lityum'un enerji yoğunluğunu korumak için yeni bir çözüm buldu. Saf bir Lityum elektrot kullanan bir batarya tasarladılar. Dendrit oluşumunu engellemek için elektrolit çözeltisini nanodiamonds ile aşılar.

Nanodidi elmasları çok küçük elmaslardır.

Nanodiamonds, dendrit oluşumuna neden olan elektrotlarda meydana gelen kimyasal reaksiyon riskini büyük ölçüde azaltır. Akünün boşalması sırasında lityum elektrotlardan birine kaplanır. Nanodionds, dendritleri önleyen tek tip bir kaplama sağlar.

Son düşünceler

Ekip, bu yöntemin testlerine dayanarak oldukça etkili olmasına rağmen, yöntemlerinin dendrit oluşumunu tamamen ortadan kaldıracağını söylemenin zor olduğunu itiraf ediyor. Söylendiği gibi, bu yöntem güvenliği arttırdığı ve daha yüksek kapasiteli bir bataryaya izin verdiği için oldukça ümit vericidir.