Prevenção de explosões de baterias de íons de lítio com diamantes

Em comparação com outras tecnologias de baterias, as baterias de iões de lítio possuem uma densidade energética relativamente elevada e uma vida útil longa. Seu desenvolvimento ao longo dos anos permitiu que eles fossem a tecnologia de bateria escolhida em diversas áreas.

Estes incluem alimentação eletrônica portátil e veículos elétricos. Apesar de possuírem características desejáveis ​​e superarem outras tecnologias comercialmente disponíveis, elas não apresentam seus problemas.

As baterias de iões de lítio podem explodir perigosamente nas condições certas. Isso é motivo de grande preocupação. Seu perigo potencial é tal que as companhias aéreas só permitem essa tecnologia de bateria na bagagem de mão.

Quando o tópico de explodir as baterias de íons de lítio, o infame Samsung Galaxy Note 7 vem imediatamente à mente. Várias baterias deste dispositivo Samsung eventualmente lembrou simplesmente explodiu.

A controvérsia associada à explosão de hoverboards também aparece. O denominador comum entre esses dois cenários é que as explosões foram resultado de baterias de íons de lítio defeituosas.

Embora esses dois casos tenham recebido muita atenção, outros dispositivos que contêm baterias de íons de lítio já explodiram antes. Embora seja raro com baterias controladas adequadamente de qualidade, uma bateria de Li-ion explosiva é um risco sério que não deve ser tomada de ânimo leve.

Um grupo de pesquisadores da Universidade de Drexel reconheceu que ainda há riscos associados a essa tecnologia de baterias e que tem uma virada interessante para essa história. Eles estão usando diamantes para tornar as baterias mais estáveis! Eu realmente quero contar tudo sobre essa nova solução, mas primeiro, vamos passar por algumas informações básicas.

Os principais componentes de uma bateria são os seguintes:

• Terminais positivos e negativos: Estes são os pontos de contato para equipamentos elétricos. Eles permitem que a eletricidade passe da bateria para o equipamento.
• Ânodo e cátodo: Reações químicas ocorrem nesses eletrodos que são responsáveis ​​pela geração de uma corrente.
• Eletrólito: Este é um meio que permite o fluxo de carga entre o cátodo e o ânodo.

Como as baterias de lítio falham e, posteriormente, explodem

Explosões em baterias de íons de lítio ocorrem principalmente devido ao curto-circuito dos terminais positivo e negativo. A formação de estruturas chamadas dendritos no interior das baterias pode causar esses curtos-circuitos.

Um curto-circuito é uma conexão elétrica que causa um fluxo excessivo de corrente e gera calor.

Os dendritos são acúmulos que podem se formar no interior de uma bateria de íons de lítio.

Essencialmente, esses dendritos entortam os terminais positivo e negativo da bateria, gerando grandes quantidades de calor e acendendo o eletrólito dentro da bateria.

A maioria dos eletrólitos é inflamável. Quando aceso, um eletrólito geralmente causa uma explosão.

Medidas de segurança

Felizmente existem mecanismos de segurança em baterias Li-ion de alta qualidade.

Medidas Atuais

A fim de evitar a formação de dendritos, as baterias de íons de lítio atualmente no mercado usam um eletrodo de grafite que é preenchido com lítio. Enquanto esta configuração, suprime a formação de dendritos, também reduz a densidade de energia da bateria.

Se este eletrodo for feito de lítio puro, as baterias teriam cerca de 10 vezes a capacidade atual. No entanto, eles também seriam mais propensos a explodir devido a um aumento do potencial de formação de dendritos.

Este método é bastante eficaz. No entanto, baterias de qualidade sub par tendem a não acertar, o que pode resultar em explosões. Embora seja esse o caso, o método descrito a seguir poderia ser um mecanismo de segurança ainda melhor.

Drexel Researchers Novel Solution

A equipe da Drexel apresentou uma nova solução para manter a densidade de energia do lítio puro enquanto aumenta a segurança. Eles projetaram uma bateria que faz uso de um eletrodo de lítio puro. A fim de neutralizar a formação de dendritos, eles infundem a solução eletrolítica com nanodiamantes.

Os nanodiamantes são diamantes extremamente pequenos.

Os nanodiamantes reduzem drasticamente o risco da reação química nos eletrodos, resultando na formação de dendritos. O lítio é revestido em um dos eletrodos durante a descarga da bateria. Os nanodiamantes facilitam um revestimento uniforme, evitando dendritos.

Pensamentos finais

A equipe admite que, embora esse método seja bastante eficaz com base em seus testes, é difícil dizer que o método deles eliminaria completamente a formação de dendritos. Com isso dito, este método é bastante promissor, pois aumenta a segurança e permite uma bateria de maior capacidade.