Prevenire le esplosioni della batteria agli ioni di litio con diamanti

Rispetto ad altre tecnologie di batteria, le batterie agli ioni di litio (Li-ion) hanno una densità di energia relativamente elevata e una lunga durata. Il loro sviluppo nel corso degli anni ha permesso loro di essere la tecnologia della batteria preferita in numerosi settori.

Questi includono l'alimentazione di elettronica portatile e veicoli elettrici. Sebbene possiedano caratteristiche desiderabili e sovraperformino le altre tecnologie disponibili in commercio, non sono tuttavia privi di problemi.

Le batterie agli ioni di litio possono esplodere pericolosamente nelle giuste condizioni. Questo è motivo di grande preoccupazione. Il loro potenziale pericolo è tale che le compagnie aeree autorizzano questa tecnologia a batteria solo nel bagaglio a mano.

Quando viene fuori l'argomento dell'esplosione delle batterie agli ioni di litio, viene subito in mente il famigerato Samsung Galaxy Note 7. Diverse batterie di questo alla fine hanno ricordato che il dispositivo Samsung è semplicemente esploso.

Si apre anche la controversia associata all'esplosione di hoverboard. Il comune denominatore tra questi 2 scenari è che le esplosioni sono state il risultato di batterie agli ioni di litio difettose.

Mentre questi 2 casi hanno ricevuto molta attenzione, altri dispositivi contenenti batterie agli ioni di litio sono esplosi in precedenza. Sebbene sia raro con batterie adeguatamente controllate, una batteria agli ioni di litio che esplode è un rischio serio che non dovrebbe essere preso alla leggera.

Un gruppo di ricercatori della Drexel University ha riconosciuto che esistono ancora dei rischi associati a questa tecnologia della batteria e ha escogitato un'interessante svolta in questa storia. Stanno usando diamanti per rendere le batterie più stabili! Voglio davvero raccontarvi tutto di questa nuova soluzione, ma prima diamo un'occhiata ad alcune informazioni di base.

I componenti principali di una batteria sono i seguenti:

• Terminali positivi e negativi: questi sono i punti di contatto per le apparecchiature elettriche. Consentono il passaggio dell'elettricità dalla batteria all'apparecchiatura.
• Anodo e catodo: si verificano reazioni chimiche a questi elettrodi che sono responsabili della generazione di una corrente.
• Elettrolita: questo è un mezzo che consente il flusso di carica tra il catodo e l'anodo.

Come le batterie agli ioni di litio si guastano e successivamente esplodono

Le esplosioni nelle batterie agli ioni di litio si verificano principalmente a causa del corto circuito dei terminali positivo e negativo. La formazione di strutture chiamate dendriti all'interno delle batterie può causare questi cortocircuiti.

Un corto circuito è un collegamento elettrico che provoca un flusso di corrente eccessivo e genera calore.

I dendriti sono accumuli che possono formarsi all'interno di una batteria agli ioni di litio.

In sostanza, questi dendriti mettono in corto circuito i terminali positivo e negativo della batteria, generando grandi quantità di calore e accendendo l'elettrolito all'interno della batteria.

La maggior parte degli elettroliti sono infiammabili. Quando viene acceso, un elettrolita di solito provoca un'esplosione.

Misure di sicurezza

Per fortuna esistono meccanismi di sicurezza nelle batterie agli ioni di litio di alta qualità.

Misure correnti

Al fine di prevenire la formazione di dendrite, le batterie agli ioni di litio attualmente sul mercato utilizzano un elettrodo di grafite riempito con litio. Mentre questa configurazione, sopprime la formazione di dendrite, riduce anche la densità di energia della batteria.

Se questo elettrodo è realizzato in puro litio, le batterie avrebbero circa 10 volte la loro capacità attuale. Tuttavia, avrebbero anche maggiori probabilità di esplodere a causa di un maggiore potenziale di formazione di dendrite.

Questo metodo è abbastanza efficace. Tuttavia, le batterie di qualità inferiore alla media tendono a non funzionare correttamente, il che può provocare esplosioni. Anche se questo è il caso, il metodo descritto di seguito potrebbe potenzialmente essere un meccanismo di sicurezza ancora migliore.

Soluzione innovativa per ricercatori Drexel

Il team Drexel ha escogitato una nuova soluzione per mantenere la densità energetica del litio puro migliorando al contempo la sicurezza. Hanno progettato una batteria che utilizza un elettrodo di litio puro. Al fine di contrastare la formazione di dendrite, infondono la soluzione elettrolitica con nanodiamanti.

I nanodiamanti sono diamanti estremamente piccoli.

I nanodiamanti riducono drasticamente il rischio che si verifichi la reazione chimica sugli elettrodi con conseguente formazione di dendrite. Il litio è rivestito su uno degli elettrodi durante la scarica della batteria. I nanodiamanti facilitano un rivestimento uniforme, prevenendo i dendriti.

Pensieri finali

Il team ammette che sebbene questo metodo sia abbastanza efficace in base ai loro test, è difficile dire che il loro metodo eliminerebbe completamente la formazione di dendrite. Detto questo, questo metodo è abbastanza promettente in quanto migliora la sicurezza e consente una batteria di capacità superiore.