Wenn Batterien unsachgemäß oder in schlechter Qualität verwendet werden, fangen sie manchmal an zu feuern oder zu explodieren Wissenschaftler und Start-ups haben sich seit langem dafür eingesetzt, sicherere Batterien zu bauen und neue Materialien zu entwickeln und zu testen, um Probleme ein für allemal zu lösen Methoden haben Probleme, die schwer zu lösen sind, und die praktischste Lösung kann jetzt die konservativste Lösung sein.
Um die Sicherheit der Batterie zu verbessern, gibt es drei wesentliche Schritte: Der Batterieelektrolyt vermeidet den Einsatz von brennbaren Flüssigkeiten, die Batteriekomponenten müssen feuerfest sein, die vorhandenen Sicherheitsfunktionen in der Batterie verbessern sich, das sind langsame Veränderungen für die Batterie.
Für technische Forscher ist es wichtig, die Grundlagen des Batteriebetriebs und die Ursachen des Batterieausfalls zu verstehen, denn die meisten Menschen sprechen von Lithium-Ionen-Batterien, die am häufigsten verwendet werden, weil Lithiumbatterien so viel Energie liefern Magnesium-Batterien (die sich sehr langsam entladen) und Schwefel-Batterien werden entwickelt (werden nicht lange halten), aber Lithium-Ionen-Batterien sind immer noch der Mainstream auf dem Markt.
Lithium-Ionen-Batterien bestehen hauptsächlich aus zwei Elektroden oder Leitern.Die Lithiumionen im Elektrolyten bewegen sich von einer Seite zur anderen.Der Elektrolyt in der Batterie ist eine hochentzündliche Chemikalie.
Es gibt mehrere Gründe für eine Explosion oder einen Brand der Batterie: Die häufigste ist, dass zu viel Wärme oder ein schlechtes Batteriedesign dazu führen kann, dass der Elektrolyt so reagiert, dass Wärme entsteht.Dieses "thermische Durchgehen" führt dazu, dass die Batterie Feuer fängt oder explodiert. Die Batteriehersteller setzen in der Regel Abstandhalter zwischen die beiden Pole der Batterie, damit sie nicht miteinander in Berührung kommen.Wenn die Membran ausfällt, wird sie sich entzünden oder explodieren, wie es bei Samsung-Handybatterien der Fall ist.
So, wie man dieses Problem löst?
Heute ist eine Werbe-Lösung ist Solid-State-Lithium-Ionen-Batterie zu entwickeln, Die Idee ist einfach: keine entzündbaren flüssigen Elektrolyten verwenden, anstelle eines Festelektrolytmaterial Herstellung verwendet wird; Solid-State-Lithium-Ionen-Batterien sind weniger wahrscheinlich, Feuer fangen, aber Lithiumionen zu explodieren oder. härter als der Feststoff durch die Flüssigkeit, was bedeutet, dass es schwierig ist, Festkörperbatterien zu entwerfen, und teuer, und es kann Performance-Probleme sein.
Es gibt drei Hauptlithiumbatterie Produktionsmaterialien. US-Materialwissenschaftler der Tufts University, Gründer festes Lithium-Ionen-Batterie Unternehmen ionisches Material Michael Zimmerman erklärte, kann Keramik, Glas oder Polymer-Elektrolyt-Produktion.
Keramik und Glas eine fragile Eigenschaft, leicht zerbrochen, wenn der Druck ausgeübt wird. Zimmerman, wobei die Glaskeramik und Massenproduktion ist schwierig, weil es eine Menge von Batterien benötigt, die umfangreiche Verwendung dieser Materialien unpraktisch macht. Ferner wird bei der Herstellung von Der Prozess dieser Materialien setzt manchmal giftige Gase frei.
Ein anderes Material sind Polymere, einige Polymere können Ionen leiten, arbeiten aber meist nur bei extrem hohen Temperaturen, Zimmermans Team hat ein Polymer entwickelt, das Ionen bei Raumtemperatur leitet, aber auch schwer entflammbar ist. In einem Video zeigen sie, wie man sie in Stücke schneidet, ohne Feuer zu fangen.
Jetzt arbeitet Ionic Materials mit Batterieherstellern zusammen, die die Art ändern müssen, wie sie Batterien für neue Polymere herstellen, und Zimmerman hofft, die Batterie in den nächsten zwei oder drei Jahren auf den Markt bringen zu können.
Zwei oder drei Jahre klingen nicht lange, aber es gibt einige Leute, die nicht auf die Industrie warten können. "Einige Hersteller versprechen, dass Lithium-Ionen-Batterien in den nächsten zwei bis drei Jahren auf den Markt kommen werden. Der Fortschritt wird immer ungeduldiger ", sagte Ian McClenny, Analyst bei Navigant Research, einem auf Batterieforschung spezialisierten Forschungsinstitut.
McClenny sagte, dass einige Elektrofahrzeughersteller gesagt haben, dass sie Durchbrüche in der Lithium-Ionen-Batterietechnologie gemacht haben.
Aber McClenny glaubt, dass fast alle Festkörper-Lithium-Ionen-Akku nicht kommerzielle Produktion erreicht hat.
Die wichtigsten Innovationstreiber sind Batterie-Elektrofahrzeuge angetrieben, und jetzt, die Arbeit der meist Festkörper-Lithium-Ionen-Batterie kann ein Jahr und eine Hälfte dauern. Dies kann für Mobiltelefone, aber für teure Elektrofahrzeuge akzeptabel sein, die fast sind es ist nicht möglich.
Surya Moganty NOHM Technologies Chief Technology Officer, sagte eine andere Strategie Elektrolyten sichere Batterie zu suchen, selbst Feuerbeständigkeit hat, obwohl es noch flüssig ist. Sie benutzen "ionischen festen Entwicklungs Elektrolyten, ein Material ähnlich wie Salz, aber es ist bei Raumtemperatur flüssig.
Wenn dieses Material zu einem Elektrolyten wird, macht es sie schwer entflammbar, aber es kann auch Probleme mit der Batterielebensdauer geben.NOHM verbessert die Formulierung, so dass Batterien mit seiner Technologie bis zu 500 Lade- und Entladezyklen durchhalten und auch mit Herstellern zusammenarbeiten können. Eine Lizenz, um die Technologie zu bekommen.Ein ähnliches Problem geplagt Forscher, die letztes Jahr eine wasserbasierte Batterie entwickelt hat, die sicher ist.Die Zellspannung kann 4 Volt erreichen, die gleiche Spannung wie der organische Elektrolyt, aber die Ladung Der Entladezyklus beträgt nur etwa 70. Wie Moganty betonte, hoffen die Batteriehersteller, dass diese Batterie mindestens 500 Lade- und Entladezyklen durchhält.
Moganty sagte, dass unter diesen aufregenden Technologien keine ausgereifte Technologie zu existieren scheint.
Die effektivste Strategie ist jetzt vielleicht nicht eine große technologische Veränderung oder das Neuerfinden neuer Batterien, sondern eine Batterie, die bestehende Funktionen verbessert, beispielsweise eine Batterie, die bereits ein Batteriemanagementsystem enthält, das den Batteriebetrieb überwacht. Software kann erkennen, ob ein Problem mit der Batterie besteht.
McClenny sagte: "Die Fähigkeit, nicht konforme Batterien zu lokalisieren, kann die Lebensdauer der Batterie verlängern."
Dies ist vergleichbar mit dem Ansatz des Batteriesicherheitsunternehmens Amionx aus San Diego, das von dem Batteriehersteller American Lithium Energy getrennt wurde, dessen Forschung früher feuerresistente Batterien für das US-Militär herstellte.
Das Chief Operating Officer Bill Davidson des Unternehmens sagte, dass ihre Technologie SafeCore, Batteriesicherheit ist die letzte Verteidigungslinie genannt. SafeCore Technologie nicht die Komponenten der Batterie selbst ändern, es ist nur die interne Batterie, die eine Schicht aus Isolationsmaterial verwendet wird, kann vor dem Feuer behindert werden aus, wenn ausgelöst durch Überhitzung oder Überspannung, wobei diese Schicht aus isolierendem Material wird die Verbindung zwischen der Zellenelektrode und Einstellen des Stroms durch die Batterie zu unterbrechen.
Trotz der High-Profile-Explosion der Batterie, wie das Samsung Galaxy Note 7 Handys, sondern von statistischen Daten, ist die Batterie jetzt sicherer als in der Vergangenheit.
Was die Sicherheit angeht, ist die einfachste Lösung nicht unbedingt die Technologie, sondern die Struktur: Laut technischen Experten haben Lithium-Ionen-Batterien theoretisch 90% ihrer maximalen Batterielebensdauer erreicht, und viele Hersteller sind einer schnelleren Entwicklung verpflichtet. , eine stärkere Batterie.
McClenny sagte, dass Unternehmen, die schrittweise Verbesserungen vornehmen, anstatt schnell eine Lösung zu finden, um Kapazität und Leistungsdichte zu erhöhen, die von ihnen produzierten Batterien nachhaltiger halten könnten.
