Besitzen Sie einen Laptop, ein Telefon oder ein Wearable, das irgendwann nach Mitte der 90er Jahre hergestellt wurde? Es besteht die Möglichkeit, dass der darin enthaltene wiederaufladbare Akku Lithium-Ionen-Technologie verwendet. Aufgrund ihrer Energiedichte und Kosteneffizienz dominieren Lithium-Ionen-Batterien mittlerweile den Elektronikmarkt. Aber die Technologie ist nicht ohne erschreckende Nachteile; wie durch explodierende Telefone und Laptops, am Boden liegende Flugzeuge usw. bewiesen wird feurige Autounfälle, Lithium-Ionen-Batterien könnten viel sicherer sein.
Das war der Schwerpunkt einer aktuellen Studie der Stanford University, die in der Zeitschrift beschrieben wird Naturkommunikation. Das Team unter der Leitung von Yi Cui, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Stanford University, arbeitete an der Entwicklung einer „intelligenten“ Lithium-Ionen-Batterie, die Probleme erkennt, bevor sie explodieren.
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Jede Batterie, ob Lithium-Ionen-Batterie oder nicht, enthält eine negativ geladene Anode und eine positiv geladene Kathode. Sie werden durch eine dünne Polymerscheibe getrennt gehalten und erzeugen Strom aus den Ionen des Elektrolyten, die zwischen ihnen wandern. Die Dinge beginnen schief zu laufen, Cui erzählt Phys Org, wenn Herstellungsfehler oder unsachgemäße Beladung zum Ausfall des Polymerseparators führen. Lithiumionen verklumpen zu Dendriten genannten Strukturen, die mit der Kathode in Kontakt kommen und die Batterie kurzschließen (oder Schlimmeres verursachen).
Der Prozess ist in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien nicht nachweisbar, aber Cui und sein Team haben einen Überwachungsmechanismus entwickelt, der ein „intelligenteres“ Trennpolymer verwendet. Durch das Hinzufügen einer mikroskopisch kleinen Kupferschicht auf einer Seite des Polymers konnten sie messen Spannungsunterschied zwischen Anode und Separator, der abnimmt, wenn sich Dendriten in Richtung bewegen Kathode.
Ermutigend sagte Cui, dass die Entwicklung des Teams materialunabhängig sei. „Es funktioniert in jeder Batterie, bei der man einen Kurzschluss erkennen muss, bevor er explodiert“, sagte sie.
Denys Zhuo, Co-Hauptautor der Studie, sagte, eine weitere Verfeinerung der Methode könne in geschäftskritischen Szenarien entscheidende Zeit gewinnen. „Wenn Sie Rauch oder ein Feuer sehen, müssen Sie [die Batterie] sofort abschalten. Möglicherweise haben Sie keine Zeit zu fliehen. Wenn Sie auf Nummer sicher gehen möchten, können Sie die Kupferschicht näher an der Anode platzieren. Dadurch würden Sie noch früher wissen, wann ein Batterieausfall wahrscheinlich ist.“
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Auch wenn die Implementierungskosten die Einführung der Technologie des Teams behindern könnten, wundern Sie sich nicht, wenn Ihr zukünftiges Smartphone, Elektroauto oder Wearable Sie warnt, wann Sie den Akku entsorgen müssen.
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