Hoe nieuwe technologie batterijen veiliger kan maken
Belangrijkste leerpunten
- Een Samsung-smartphone vatte onlangs vlam in een vliegtuig om eraan te herinneren dat batterijen niet altijd veilig zijn.
- Experts zeggen dat het gevaar van gadgetbatterijen toeneemt.
- Een oplossing voor de veiligheid van batterijen is het gebruik van veiliger chemicaliën.
Chonticha Vatpongpee / EyeEm / Getty Images
Batterijen van mobiele telefoons blijven vlam vatten, maar onderzoekers werken aan een oplossing.
Een Samsung Galaxy A21-smartphone was de laatste om maak het nieuws voor het in brand vliegen en het dwingen van een vliegtuig om te landen. Niemand raakte ernstig gewond bij het ongeval op Seattle-Tacoma International Airport, maar experts zeggen dat het gevaar van gadgetbatterijen toeneemt.
"Lithium-ionbatterijen worden alomtegenwoordig in het dagelijks leven in een reeks toepassingen op verschillende schalen, alle van kleine elektronische apparaten via elektrische voertuigen tot grootschalige opslaginstallaties op het elektriciteitsnet," Gavin Harper, een batterijonderzoeker aan de Universiteit van Birmingham, vertelde Lifewire in een e-mailinterview. "Elke technologie die een enorme hoeveelheid energie opslaat in een dicht medium zal intrinsieke veiligheidsuitdagingen hebben als die energie ongecontroleerd vrijkomt."
Batterijen in een vliegtuig
Zoals de recente gebeurtenis in Seattle heeft aangetoond, kunnen batterijen, ondanks tientallen jaren van inspanningen om de veiligheid te verbeteren, nog steeds ontbranden.
Een deel van het probleem is dat batterij-ongelukken een spel met getallen zijn. Volgens analisten van GSMA 5,27 miljard mensen in de wereld hebben een mobiel apparaat. Van dat, ongeveer 97% van de Amerikanen heeft een mobiele telefoon, volgens het Pew Research Center.
Als een lithium-ionbatterij kortsluiting maakt, wat kan gebeuren wanneer een batterijcel van een auto wordt doorboord of wordt blootgesteld aan hitte, kan dit een vuurbalexplosie veroorzaken die in milliseconden tot 1.300 graden F ontbrandt. Zo'n gebeurtenis is bijna onmogelijk om te overleven, Jack Kavanaugh, CEO van batterijtechnologiebedrijf Nanotech Energy, legde Lifewire uit in een e-mailinterview.
"Iedereen wil een apparaat dat de hele dag meegaat op een lading."
Fabrikanten in de elektronica-industrie zijn al lang op de hoogte van de mogelijke risico's van de ontvlambare formules in lithium-ionbatterijen, beweert Kavanaugh. Toch, zei hij, worden incidenten met lithium-ionbatterijen in consumentengadgets grotendeels niet gerapporteerd. In februari 2018, meldde de Amerikaanse Consumer Product Safety Commission: meer dan 25.000 incidenten met oververhitting en batterijbranden met meer dan 400 soorten consumentenproducten gedurende vijf jaar.
En van 2012 tot 2017, het meldde 49 terugroepingen van batterijen met een hoge energiedichtheid met betrekking tot meer dan 4 miljoen apparaten, waaronder mobiele telefoons, scooters, elektrisch gereedschap en laptops.
De vlammen doven
"Iedereen wil een apparaat dat de hele dag meegaat op een lading", zegt Micah Peterson, vice-president bij... Batterijmarkt:, vertelde Lifewire in een e-mailinterview.
Hij voegde eraan toe dat lithium-ionbatterijen de standaard zijn geworden voor al onze apparaten vanwege hun ongeëvenaarde vermogensdichtheid.
"Geen enkele andere batterijtechnologie komt in de buurt van het bieden van dezelfde hoeveelheid stroom in een kleine vormfactor, maar dit brengt een prijs met zich mee", zei Peterson. "Lithium-ionbatterijen kunnen extreem explosief zijn, en aangezien ze alle brandstoffen en oxidatiemiddelen bevatten die nodig zijn om een vuur in stand te houden, zelfs in een vacuüm, kunnen ze heel moeilijk te blussen zijn."
Hinterhaus Productions / Getty Images
Fabrikanten hebben explosies en branden tot een minimum beperkt met ingebouwde schakelingen die de gezondheid en temperatuur van de batterij bewaken, zei Peterson. Dit circuit wordt een Battery Management System of BMS genoemd en bevindt zich in elk apparaat dat een lithiumbatterij bevat.
"Een GBS kan een batterij niet in alle gevallen redden van een explosie", zei Peterson. "Het veelbesproken probleem een paar jaar geleden met Samsung Galaxy Note 7-telefoons was een voorbeeld van slechte ontwerptoleranties en slechte kwaliteitscontrole die brand veroorzaakten, zelfs als het BMS zijn werk deed."
Een oplossing voor de veiligheid van batterijen is het gebruik van veiligere chemicaliën, stelde Peterson voor. Hij voegde eraan toe dat lithium-ijzerfosfaat (LFP)-batterijen een voorbeeld zijn van goedkope chemie om te produceren en veel veiliger dan lithium-ion NMC-chemie.
"Elke technologie die een enorme hoeveelheid energie opslaat in een dicht medium zal intrinsieke veiligheidsuitdagingen hebben als die energie ongecontroleerd vrijkomt."
Onderzoekers en wetenschappers werken aan het verbeteren van bestaande lithium-ionbatterijen. Bijvoorbeeld, Nanotech-energie heeft een gepatenteerde, niet-ontvlambare grafeen-organolytbatterij ontwikkeld, die volgens haar superieur is in veiligheid en beter presteert dan andere toonaangevende lithium-ionbatterijen die op de markt verkrijgbaar zijn.
Wetenschappers van de Deakin University in Australië zijn het ontwikkelen van een prototype van een lithium-metaalbatterij dat is vlamvertragend.
"De technologie is sinds 2016 in ontwikkeling, maar de universiteit heeft overheidsfinanciering ontvangen om het verder te ontwikkelen, en de recente resultaten zijn veelbelovend", zei Kavanaugh. "Zelfs nog steeds lijkt het erop dat de brede commercialisering van lithium-metaalbatterijen nog jaren verwijderd is."