Sicherer und zuverlässiger Lithium-Ionen-Akku
„Wir haben die erste Batterie entwickelt, die über wiederholte Heiz- und Kühlzyklen heruntergefahren und wiederbelebt werden kann die Leistung beeinträchtigen“, sagte Zhenan Bao, Professor für Chemieingenieurwesen und einer der Studienforscher, in einem Stellungnahme.
Wir alle wissen, dass ein starker Stoß, ein Kurzschluss oder sogar eine Überladung dazu führen kann, dass ein Lithium-Ionen-Akku überhitzt. Bei etwa 300 Grad Fahrenheit kann sich das Elektrolytgel, das die Partikel zwischen den beiden Elektroden der Standard-Lithium-Ionen-Batterie transportiert, entzünden, und dann geht das Dynamit los.
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Designer haben es mit flammhemmenden Zusätzen zum Elektrolyten und so einfachen Dingen wie einem Batteriewarnsystem (ebenfalls 2014 von einem Stanford-Ingenieur entwickelt) versucht. Das Problem war, dass diese Korrekturen einmalig waren. „Diese Techniken sind irreversibel, sodass der Teig nach einer Überhitzung nicht mehr funktionsfähig ist.“ Co-Autor Yi Cui erklärte.
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OK vielleicht Laptops „Hoverboards“ haben in den letzten Jahren zwar nicht die Beine weggeblasen, aber „Hoverboards“ machen als Brandgefahr so oft Schlagzeilen, dass sie bei großen Fluggesellschaften nicht einmal erlaubt sind. Die neue mit Nickel gefüllte Kunststoffauflage wurde entwickelt, um zu verhindern, dass Batterien in Flammen aufgehen. Eine neue Batterie mit dieser Überlagerung schaltet sich bei Überhitzung ab und verhindert so eine Verbrennung.
Bei dem Experiment wurden die Nickelpartikel mit Graphen und einem Kohlenstoffatom beschichtet und anschließend in elastisches Polyethylen eingebettet. „Um Elektrizität zu leiten, müssen die stacheligen Partikel [aus Nickel] einander physisch berühren. Bei der Wärmeausdehnung dehnt sich Polyethylen jedoch aus. Dadurch breiten sich die Partikel aus und die Folie ist nicht mehr leitend, sodass kein Strom mehr durch die Batterie fließen kann.“
Die Forscher verwendeten eine Heißluftpistole, um die Temperatur zu erhöhen, und jedes Mal reagierte die Batterie wie gewünscht – sobald die Batterie etwa 160 Grad erreichte, dehnte sich die Folie aus und schaltete die Batterie ab. Als die Batterie abkühlte, kamen die Partikel wieder in Kontakt und die Batterie begann wieder zu funktionieren. „Wir können die Temperatur sogar höher oder niedriger einstellen, je nachdem, wie viele Partikel wir einbringen oder welche Art von Polymermaterialien wir wählen“, sagte Bao. „Vielleicht möchten wir, dass sich die Batterie bei 50 Grad Celsius [ca. 120 Grad Fahrenheit] oder 100 °C [ca. 210 F] abschaltet.“
SLAC National Accelerator Laboratory und das Precourt Institute for Energy unter Stanford unterstützte diese Forschung. Die Ergebnisse veröffentlichte das Team in Naturenergie. „Hoverboard“-Hersteller sollten sich bedanken, auch wenn es noch eine Weile dauern wird, bis diese Technologie den Weg zum Verbraucher findet.
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