Warum einige Lithium-Ionen-Batterien explodieren

Echtzeit-Bilder haben die Kettenreaktion eingefangen, die bewirkt, dass die Lithium-Ionen-Batterien zu explodieren. .

Der Prozess kann in Millisekunden auftreten: überhitzte Batteriemodule erstellen einen Domino-Effekt, mehr und mehr Wärme erzeugt und die Batterie explodiert. Aber es stellt sich heraus, dass nicht alle Batterien gleich wahrscheinlich scheitern, laut einer neuen Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Communications (28.April) heute.

"Das Vorhandensein von bestimmten Sicherheits-Features kann gegen die Ausbreitung von einigen dieser außer Kontrolle geratenen Wärmeprozess verringern", sagte Co-Studienautor Paul Shearing, Chemie-Ingenieur an der University College London im Vereinigten Königreich. Diese Funktionen gehören mechanische Halterungen im Innern der Batterie, sagte Shearing.

Die Ergebnisse deuten darauf hin einige Möglichkeiten, um Lithium-Ionen-Batterien sicherer zu machen, schrieb die Forscher in der Zeitung. [9 ungerade Möglichkeiten Ihrem Tech-Gerät können Sie verletzen]

Wiederaufladbare Batterien

Lithium-Ionen-Batterien sind die Arbeitspferde der modernen Geräte; Sie sind gefunden in alles von Smartphones über Jumbojets, die Tesla Model S. Sie sind in der Regel mit zwei Schichten von Material, genannt die Anode und Kathode, getrennt durch eine elektrisch leitende Flüssigkeit gemacht. Lithium-Ionen beginnen in der Kathode, eine Schicht des Materials, die im Laptop und Handy Batterien, in der Regel Kobalt, Mangan, Nickel und Sauerstoff enthält. Wenn die Batterien aufgeladen sind, treibt Strom der Lithium-Ionen von der Kathode über ein Ion-gefüllte Elektrolyt-Flüssigkeit und in der Anode, die Stacks aus Graphit besteht. Wie die Batterie leer, Rückkehr der Lithium-Ionen von der Anode wieder in der Kathode. Die Batterien kommen in der Regel in den Zellen; eine Laptop-Batterie drei oder vier Zellen haben kann, während ein Tesla Model S Tausende haben kann, sagte Shearing.

Kettenreaktion

Hunderte von Millionen von Lithium-Ionen-Batterien werden jedes Jahr produziert, und katastrophaler Fehler, z. B. Explosion oder schmelzen, ist selten, Shearing sagte. Dennoch gab es 43 Rückrufaktionen für defekte Lithium-Ionen-Batterien seit 2002, nach der US Consumer Product Safety Commission.

Batterien können sprengen oder schmelzen wenn interne elektrische Bauteile kurzschließen, wenn mechanische Probleme auftauchen, nach einem Sturz oder Unfall oder wenn sie nicht ordnungsgemäß installiert sind Shearing sagte. Aber im Herzen, alle diese Fehler auftreten, weil ein Teil der Batterie zu heiß wird und abkühlen kann nicht schnell genug, erstellen eine Kettenreaktion, die mehr und mehr Wärme erzeugt.

"Es ist Art von Schneeball dabei, dass wir thermische Instabilität nennen," sagte Shearing Leben Wissenschaft.

Während thermische Instabilität Miniatur-Batteriemodule können schmelzen, geben Sie Hitze, und das Elektrolyt Material zwischen der Anode und Kathode kann sogar kochen, Shearing sagte.

Um mehr über diese gefährliche Kettenreaktion zu verstehen, beheizt Shearing und seine Kollegen kommerzielle Lithium-Ionen-Batterien auf 482 Grad Fahrenheit (250 Grad Celsius). Mit einer Highspeed-3D-Kamera und ein Teilchenbeschleuniger, die die Batterien mit Synchrotron Röntgenstrahlen bombardiert, erfasst das Team Wärmebilder der Batterien, wie sie die Flash-Übergang zur Überhitzung und thermal Runaway unterzogen.

Sicherere Batterien

Auch bei hohen Temperaturen nicht alle Akkus gescheitert – hatten einige interne Sicherheits-Features, die die gefährliche Reaktion verhindert. Von denen, die versagt haben, blieb die Batterien mit internen unterstützt intakt, bis die Innentemperatur einen sengenden 1.830 F (1.000 C) erreicht. Zu diesem Zeitpunkt die interne Kupferwerkstoffe geschmolzen, führende, die außer Kontrolle geratenen Kettenreaktion.

Aber die Batterien dieser internen stützenfrei explodierte, wahrscheinlich weil ihre internen Kerne die internen elektrischen Komponenten kurzgeschlossen haben könnte brach, zeigte die Studie.

Die neue Technik bietet eine Möglichkeit, systematisch Sicherheits-Features in Zukunft in Batterien testen, sagte Shearing.

Auch wenn explodierende Akkus beängstigend klingen, sind sie tatsächlich sehr selten, Shearing sagte. Denn sagte die meisten Leute ihre iPhones während des täglichen Gebrauchs Backen nicht, er.

"Wir mussten diese in wirklich extremen Bedingungen, die [Sie] schieben, sind sehr unwahrscheinlich, dass in Ihrem normalen Tagesgeschäft, siehe" Shearing sagte.

Folgen Sie Tia Ghose auf Twitter und Google + . Leben zu folgen, Wissenschaft @livescience, Facebook & Google +. Ursprünglich veröffentlicht am Leben Wissenschaft.