Problem pożaru baterii litowych prawie rozwiązany

Amerykańscy specjaliści z Northwest Richland Laboratory opracowali technikę minimalizującą ryzyko zapalenia się baterii litowych. Naukowcy byli w stanie zrozumieć procesy zachodzące wewnątrz baterii i dostosować je.

Większość nowoczesnych baterii składa się z trzech elementów – elektrolitu, katody i anody. Katoda jest źródłem energii o wektorze dodatnim, anoda jest również źródłem, ale o wektorze ujemnym, a elektrolit zapewnia ruch ładunku między źródłami. Pojemność akumulatora jest bezpośrednio związana z elementami katody, a żywotność zależy od stopnia zniszczenia elektrolitu podczas procesu ładowania.

Eksplozje nowoczesnych baterii są związane ze zwarciami spowodowanymi przegrzaniem. Powoduje to, że bateria nagrzewa się jeszcze bardziej, powodując odparowanie elektrolitu. Zachodzące procesy powodują wzrost temperatury do 1000 stopni Celsjusza. Powoduje to, że nagromadzone pęcherzyki gazu rozrywają obudowę urządzenia, powodując wysypanie się całej jego zawartości.

Przeanalizowali strukturę i mechanizm procesów i doszli do wniosku, że to cienkie filamenty litu zdolne do przekroczenia bariery między katodą a anodą i połączenia ich ze sobą prowokują eksplozje. Aby odkryć zasady powstawania cienkich włókien, naukowcy stworzyli specjalną nanobaterię z końcówką mikroskopu działającą jako anoda i małą cząsteczką litu jako katoda. Prąd był przepuszczany przez anodę i podnoszony, tworząc w ten sposób żarniki litowe. Naukowcy obserwowali proces wzrostu filamentów, analizując sposób, w jaki rosną.

Eksperymenty ujawniły kilka cech. Po pierwsze, włókna rosną z prędkością około 250 nanometrów na sekundę, przy czym kierunek wzrostu jest przeciwny do naładowanej elektrody. Sposób poruszania się filamentów zależy od struktury związków litu, jak również od obecności cząstek węgla i kolejności organizacji powierzchni elektrod.

Badania fabularne przewidziały, jak wykiełkują żarniki i na jakim etapie zetkną się z anodą lub katodą. Naukowcy byli w stanie powstrzymać proces powstawania przerostów, dodając do elektrolitu specjalny związek benzenu i tlenu. Dalsze obserwacje pozwolą na znalezienie optymalnego wzoru oddziaływania i być może już wkrótce problem zapalających się baterii litowych zostanie ostatecznie rozwiązany.