Wie neue Technologien Batterien sicherer machen könnten

Handy-Akkus fangen immer wieder Feuer, aber die Forscher arbeiten an einer Lösung.

Ein Samsung Galaxy A21 Smartphone war das neueste, die Nachrichten machen weil er in Flammen aufgegangen ist und ein Flugzeug zur Landung gezwungen hat. Bei dem Unfall am Seattle-Tacoma International Airport wurde niemand ernsthaft verletzt, aber Experten sagen, dass die Gefahr durch Gerätebatterien wächst.

„Lithium-Ionen-Batterien sind im täglichen Leben in einer Reihe von Anwendungen in verschiedenen Größenordnungen allgegenwärtig, alle von kleinen elektronischen Geräten über Elektrofahrzeuge bis hin zu großen Netzspeichern", Gavin Harper, ein Batterieforscher an der University of Birmingham, sagte Lifewire in einem E-Mail-Interview. "Jede Technologie, die eine enorme Energiemenge in einem dichten Medium speichert, hat intrinsische Sicherheitsprobleme, wenn diese Energie unkontrolliert freigesetzt wird."

Batterien im Flugzeug

Wie die jüngste Veranstaltung in Seattle gezeigt hat, können Batterien trotz jahrzehntelanger Bemühungen zur Verbesserung der Sicherheit immer noch brennen.

Ein Teil des Problems ist, dass Batterieunfälle ein Zahlenspiel sind. Laut Analysten von GSMA, 5,27 Milliarden Menschen auf der Welt besitzen ein Mobilgerät. Davon, etwa 97 % der Amerikaner besitzen ein Mobiltelefon, nach dem Pew Research Center.

Wenn eine Lithium-Ionen-Batterie einen Kurzschluss verursacht, was passieren kann, wenn eine Autobatteriezelle durchbohrt oder Hitze ausgesetzt wird, kann sie eine Feuerballexplosion erzeugen, die sich in Millisekunden auf 1.300 Grad F entzündet. Ein solches Ereignis ist fast unmöglich zu überleben, Jack Kavanaugh, CEO des Batterietechnologieunternehmens Nanotech Energy, erklärte Lifewire in einem E-Mail-Interview.

Hersteller in der Elektronikindustrie wissen seit langem um die potenziellen Risiken der brennbaren Formeln in Lithium-Ionen-Batterien, behauptet Kavanaugh. Dennoch, sagte er, werden Vorfälle mit Lithium-Ionen-Batterien in Verbrauchergeräten weitgehend nicht gemeldet. Im Februar 2018, berichtete die US Consumer Product Safety Commission über 25.000 Überhitzungs- und Batteriebrände mit mehr als 400 Arten von Konsumgütern in fünf Jahren.

Und von 2012 bis 2017, es hat berichtet 49 Rückrufe von Batterien mit hoher Energiedichte bei mehr als 4 Millionen Geräten, darunter Mobiltelefone, Roller, Elektrowerkzeuge und Laptops.

Die Flammen löschen

„Jeder will ein Gerät, das gegen Gebühr den ganzen Tag hält“, sagt Micah Peterson, Vizepräsident bei Batteriemarkt, sagte Lifewire in einem E-Mail-Interview.

Er fügte hinzu, dass Lithium-Ionen-Akkus aufgrund ihrer unübertroffenen Leistungsdichte zum Standard für alle unsere Geräte geworden sind.

"Keine andere Batterietechnologie bietet annähernd die gleiche Leistung in einem kleinen Formfaktor, aber das hat seinen Preis", sagte Peterson. "Lithium-Ionen-Batterien können extrem explosiv sein, und da sie alle Brennstoffe und Oxidationsmittel enthalten, die auch im Vakuum benötigt werden, um ein Feuer aufrechtzuerhalten, können sie sehr schwer zu löschen sein."

Hersteller haben Explosionen und Brände mit eingebauten Schaltkreisen minimiert, die den Zustand und die Temperatur der Batterie überwachen, sagte Peterson. Diese Schaltung wird als Batteriemanagementsystem oder BMS bezeichnet und befindet sich in jedem Gerät, das eine Lithiumbatterie enthält.

"Ein BMS kann eine Batterie nicht in allen Fällen vor einer Explosion retten", sagte Peterson. „Das vor einigen Jahren vielbeachtete Problem mit Samsung Galaxy Note 7-Telefonen war ein Beispiel für schlechte Designtoleranzen und schlechte Qualitätskontrolle, die Brände verursachten, selbst wenn das BMS seine Arbeit verrichtete.“

Eine Lösung für die Batteriesicherheit ist die Verwendung sichererer Chemikalien, schlug Peterson vor. Er fügte hinzu, dass Lithium-Eisenphosphat (LFP)-Batterien ein Beispiel für billige Chemie in der Herstellung seien und viel sicherer als Lithium-Ionen-NMC-Chemie seien.

Forscher und Wissenschaftler arbeiten daran, bestehende Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern. Zum Beispiel, Nanotech-Energie hat eine proprietäre, nicht brennbare Graphen-Organolyt-Batterie entwickelt, von der sie behauptet, dass sie in Bezug auf die Sicherheit überlegen ist und andere führende Lithium-Ionen-Batterien auf dem Markt übertrifft.

Wissenschaftler der Deakin University in Australien sind Entwicklung eines Prototyps einer Lithium-Metall-Batterie das ist schwer entflammbar.

"Die Technologie befindet sich seit 2016 in der Entwicklung, aber die Universität hat staatliche Mittel erhalten, um sie weiterzuentwickeln, und die jüngsten Ergebnisse sind vielversprechend", sagte Kavanaugh. "Trotzdem scheint es, dass die breite Kommerzialisierung von Lithium-Metall-Batterien noch Jahre entfernt ist."