Hvordan ny teknologi kunne gøre batterier sikrere

Mobiltelefonbatterier bliver ved med at brænde, men forskere arbejder på at finde en løsning.

En Samsung Galaxy A21 smartphone var den seneste til gøre nyheden for at bryde i flammer og tvinge et fly til at lande. Ingen kom alvorligt til skade ved ulykken i Seattle-Tacoma International Airport, men eksperter siger, at faren fra gadget-batterier vokser.

"Lithium-ion-batterier bliver allestedsnærværende i hverdagen i en række applikationer i forskellige skalaer, alle vej fra små elektroniske enheder gennem elektriske køretøjer, hele vejen op til store netlagerinstallationer," Gavin Harper, en batteriforsker ved University of Birmingham, fortalte Lifewire i et e-mailinterview. "Enhver teknologi, der lagrer en enorm mængde energi i et tæt medium, vil have iboende sikkerhedsudfordringer, hvis denne energi frigives ukontrolleret."

Batterier på et fly

Som den seneste begivenhed i Seattle viste, på trods af årtiers indsats for at øge sikkerheden, kan batterier stadig brænde.

En del af problemet er, at batteriulykker er et talspil. Ifølge analytikere hos GSMA, 5,27 milliarder mennesker i verden har en mobilenhed. Af det, omkring 97% af amerikanerne ejer en mobiltelefon, ifølge Pew Research Center.

Hvis et lithium-ion batteri kortslutter, hvilket kan ske, når en bilbattericelle punkteres eller udsættes for varme, kan det producere en ildkugleeksplosion, der antændes til 1.300 grader F på millisekunder. En sådan hændelse er næsten umulig at overleve, Jack Kavanaugh, CEO for batteriteknologivirksomheden Nanotech Energy, forklarede Lifewire i et e-mailinterview.

Producenter inden for elektronikindustrien har længe kendt til de potentielle risici ved de brændbare formler i lithium-ion-batterier, hævder Kavanaugh. Alligevel, sagde han, bliver hændelser med lithium-ion-batterier i forbrugergadgets stort set urapporteret. I februar 2018, rapporterede den amerikanske forbrugerproduktsikkerhedskommission over 25.000 hændelser med overophedning og batteribrand, der involverer mere end 400 typer forbrugerprodukter over fem år.

Og fra 2012 til 2017, det rapporterede 49 tilbagekaldelser af batterier med høj energitæthed vedrørende mere end 4 millioner enheder, inklusive mobiltelefoner, scootere, elværktøj og bærbare computere.

Slukker flammerne

"Alle vil have en enhed, der kan holde hele dagen på en opladning," Micah Peterson, vicepræsident hos Batterimarked, fortalte Lifewire i et e-mailinterview.

Han tilføjede, at lithium-ion-batterier er blevet standarden for alle vores enheder på grund af deres uovertrufne strømtæthed.

"Ingen anden batteriteknologi er tæt på at tilbyde den samme mængde strøm i en lille formfaktor, men det koster noget," sagde Peterson. "Lithium-ion-batterier kan være ekstremt eksplosive, og da de indeholder alle de brændstoffer og oxidationsmidler, der er nødvendige for at opretholde en brand selv i et vakuum, kan de være meget svære at slukke."

Producenter har minimeret eksplosioner og brande med indbyggede kredsløb, der overvåger batteriets sundhed og temperatur, sagde Peterson. Dette kredsløb kaldes et Battery Management System, eller BMS, og er i hver enhed, der indeholder et lithiumbatteri.

"En BMS kan ikke redde et batteri fra en eksplosion i alle tilfælde," sagde Peterson. "Det velkendte problem for et par år siden med Samsung Galaxy Note 7-telefoner var et eksempel på dårlige designtolerancer og dårlig kvalitetskontrol, der forårsagede brande, selv når BMS'en gjorde sit arbejde."

En løsning på batterisikkerhed er brugen af ​​sikrere kemi, foreslog Peterson. Han tilføjede, at lithiumjernfosfat (LFP) batterier er et eksempel på billig kemi at fremstille og meget sikrere end lithium-ion NMC kemi.

Forskere og videnskabsmænd arbejder på at forbedre eksisterende lithium-ion-batterier. For eksempel, Nanoteknologisk energi har udviklet et proprietært, ikke-brændbart Graphene-Organolyte-batteri, som det hævder er overlegent i sikkerhed og overgår andre førende lithium-ion-batterier på markedet.

Det er forskere ved Deakin University i Australien udvikle en prototype af et lithiummetalbatteri der er flammebestandigt.

"Teknologien har været under udvikling siden 2016, men universitetet modtog statsstøtte til at hjælpe med at udvikle den yderligere, og de seneste resultater er lovende," sagde Kavanaugh. "Selv stadig ser det ud til, at den brede kommercialisering af lithiummetalbatterier er år væk."