Ngăn chặn vụ nổ pin lithium-ion với kim cương

So với các công nghệ pin khác, pin Li-ion (Li-ion) có mật độ năng lượng tương đối cao và tuổi thọ dài. Sự phát triển của họ trong những năm qua đã cho phép họ trở thành công nghệ pin được lựa chọn trong một số lĩnh vực.

Chúng bao gồm cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử cầm tay và xe điện. Mặc dù chúng có các đặc tính mong muốn và vượt trội so với các công nghệ thương mại khác, tuy nhiên chúng không phải không có vấn đề.

Pin Li-ion có thể phát nổ nguy hiểm trong điều kiện thích hợp. Đây là nguyên nhân cho mối quan tâm lớn. Nguy cơ tiềm ẩn của chúng là các hãng hàng không chỉ cho phép công nghệ pin này trong hành lý xách tay.

Khi chủ đề phát nổ pin Li-ion xuất hiện, Samsung Galaxy Note 7 khét tiếng ngay lập tức xuất hiện trong tâm trí. Một số pin của thiết bị Samsung cuối cùng đã bị thu hồi.

Những tranh cãi liên quan đến ván trượt nổ tung cũng xuất hiện. Mẫu số chung giữa 2 kịch bản này là các vụ nổ là kết quả của pin Li-ion bị lỗi.

Trong khi 2 trường hợp này nhận được rất nhiều sự chú ý, các thiết bị khác chứa pin Li-ion đã phát nổ trước đó. Mặc dù rất hiếm khi sử dụng pin được kiểm soát chất lượng đúng cách, pin Li-ion phát nổ là một rủi ro nghiêm trọng không nên xem nhẹ.

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Drexel đã nhận ra rằng vẫn còn những rủi ro liên quan đến công nghệ pin này và đã đưa ra một bước ngoặt thú vị cho câu chuyện này. Họ đang sử dụng kim cương để làm cho pin ổn định hơn! Tôi thực sự muốn nói với bạn tất cả về giải pháp mới lạ này, nhưng trước tiên, hãy xem qua một số thông tin cơ bản.

Các thành phần chính của pin như sau:

• Thiết bị đầu cuối tích cực và tiêu cực: Đây là những điểm tiếp xúc cho thiết bị điện. Chúng cho phép điện truyền từ pin đến thiết bị.
• Cực dương và cực âm: Phản ứng hóa học xảy ra ở các điện cực này chịu trách nhiệm tạo ra dòng điện.
• Chất điện phân: Đây là một môi trường cho phép dòng điện tích giữa cực âm và cực dương.

Làm thế nào pin lithium Ion thất bại và sau đó phát nổ

Vụ nổ trong pin Li-ion chủ yếu xảy ra do sự ngắn mạch của các cực dương và cực âm. Sự hình thành các cấu trúc được gọi là đuôi gai ở bên trong pin có thể gây ra các mạch ngắn này.

Đoản mạch là kết nối điện gây ra dòng điện quá mức và sinh nhiệt.

Dendrites là các bản dựng có thể hình thành bên trong pin Li-ion.

Về cơ bản, các sợi nhánh này làm chập mạch các cực dương và cực âm của pin, tạo ra một lượng nhiệt lớn và đốt cháy chất điện phân bên trong pin.

Hầu hết các chất điện giải là dễ cháy. Khi đốt cháy, chất điện phân thường sẽ gây nổ.

Các biện pháp an toàn

Rất may đo các cơ chế an toàn tồn tại trong pin Li-ion chất lượng cao.

Các biện pháp hiện tại

Để ngăn chặn sự hình thành dendrite, pin Li-ion hiện có trên thị trường sử dụng điện cực than chì chứa đầy Lithium. Trong khi cấu hình này, ngăn chặn sự hình thành dendrite, nó cũng làm giảm mật độ năng lượng của pin.

Nếu điện cực này được làm bằng Lithium nguyên chất, pin sẽ có công suất gấp 10 lần so với hiện tại. Tuy nhiên, chúng cũng có khả năng phát nổ hơn vì khả năng hình thành dendrite tăng lên.

Phương pháp này khá hiệu quả. Tuy nhiên, pin chất lượng phụ có xu hướng không hoàn toàn đúng có thể gây nổ. Trong khi đây là trường hợp, phương pháp được mô tả tiếp theo có thể có khả năng là một cơ chế an toàn thậm chí tốt hơn.

Các nhà nghiên cứu Drexel Giải pháp mới

Nhóm Drexel đã đưa ra một giải pháp mới để duy trì mật độ năng lượng của Lithium nguyên chất đồng thời tăng cường an toàn. Họ đã thiết kế một loại pin sử dụng điện cực Lithium tinh khiết. Để chống lại sự hình thành dendrite, họ truyền vào dung dịch chất điện phân bằng các hạt nano.

Nanodiamonds là những viên kim cương cực kỳ nhỏ.

Các hạt nano làm giảm đáng kể nguy cơ phản ứng hóa học xảy ra ở các điện cực dẫn đến sự hình thành dendrite. Liti được phủ lên một trong các điện cực trong quá trình xả pin. Các nanodihua tạo điều kiện cho một lớp phủ đồng nhất, ngăn ngừa đuôi gai.

Suy nghĩ cuối cùng

Nhóm nghiên cứu thừa nhận rằng mặc dù phương pháp này khá hiệu quả dựa trên các thử nghiệm của họ, nhưng rất khó để nói rằng phương pháp của họ sẽ loại bỏ hoàn toàn sự hình thành dendrite. Với điều đó đã được nói, phương pháp này khá hứa hẹn vì nó tăng cường an toàn và cho phép pin dung lượng cao hơn.