Het probleem van brandende lithiumbatterijen is praktisch opgelost

Amerikaanse specialisten van Northwest Richland Laboratories zijn de auteurs van een techniek die het risico dat lithiumbatterijen vlam vatten tot een minimum beperkt. Wetenschappers zijn erin geslaagd de processen in de batterij te begrijpen en te regelen.

De meeste moderne batterijen bestaan uit drie componenten: elektrolyt, kathode en anode. De kathode is de bron van positieve energie, de anode is ook een bron, maar al met een negatieve vector; de elektrolyt zorgt voor de verplaatsing van de lading tussen de bronnen. De capaciteit van de batterij houdt rechtstreeks verband met de bestanddelen van de kathode, en de levensduur wordt bepaald door de mate waarin het elektrolyt tijdens het laden wordt vernietigd.

Explosies in moderne batterijen zijn het gevolg van kortsluiting door oververhitting. Dan wordt de batterij nog heter, waardoor de elektrolyt verdampt. Optredende processen veroorzaken temperatuurstijgingen tot 1.000 graden. Als gevolg daarvan barsten de opgehoopte gasbellen de behuizing van het apparaat en spuwen ze de gehele inhoud uit.

Na analyse van de structuur en het mechanisme van de betrokken processen kwamen de deskundigen tot de conclusie dat het dunne lithiumfilamenten zijn die de barrière tussen de kathode en de anode kunnen overschrijden en deze met elkaar verbinden, die de explosies veroorzaken. Om de principes van de vorming van fijne filamenten te ontrafelen, hebben wetenschappers een speciale nanobatterij gemaakt, met een microscooptip als anode en een klein lithiumdeeltje als kathode. Een stroom werd door de anode geleid en opgewekt, waardoor lithiumfilamenten werden gevormd. Onderzoekers observeerden het proces van filamentgroei en analyseerden de wijze van filamentgroei.

Experimenten hebben verschillende bijzonderheden aan het licht gebracht. Ten eerste groeien de filamenten met ongeveer 250 nanometer per seconde, en hun groeirichting is tegengesteld aan de geladen elektrode. De manier waarop de filamenten bewegen hangt af van de structuur van de lithiumverbindingen, alsook van de aanwezigheid van koolstofdeeltjes en de volgorde waarin de elektrodeoppervlakken zijn georganiseerd.

Een studie van de kenmerken voorspelt hoe de filamenten zullen ontkiemen, en in welk stadium zij in contact zullen komen met de anode of de kathode. Onderzoekers konden de groei van de formaties stoppen door een speciale verbinding van benzeen en zuurstof aan de elektrolyt toe te voegen. Verdere waarnemingen zullen helpen het optimale interactiepatroon te vinden, en misschien zal zeer binnenkort het probleem van de verbranding van lithiumbatterijen definitief zijn opgelost.