Hvordan ny teknologi kan gjøre batterier sikrere

Mobiltelefonbatterier tar fyr, men forskere jobber med å finne en løsning.

En Samsung Galaxy A21-smarttelefon var den siste til lage nyhetene for å ha brast i flammer og tvunget et fly til å lande. Ingen ble alvorlig skadet i ulykken på Seattle-Tacoma internasjonale lufthavn, men eksperter sier at faren fra gadgetbatterier øker.

"Lithium-ion-batterier blir allestedsnærværende i hverdagen i en rekke bruksområder i forskjellige skalaer, alle vei fra små elektroniske enheter gjennom elektriske kjøretøy, hele veien opp til store nettskala lagringsinstallasjoner," Gavin Harper, en batteriforsker ved University of Birmingham, fortalte Lifewire i et e-postintervju. "Enhver teknologi som lagrer en enorm mengde energi i et tett medium vil ha iboende sikkerhetsutfordringer hvis den energien frigjøres ukontrollert."

Batterier på et fly

Som den nylige hendelsen i Seattle viste, til tross for flere tiår med innsats for å øke sikkerheten, kan batterier fortsatt brenne.

En del av problemet er at batteriulykker er et tallspill. Ifølge analytikere ved GSMA, 5,27 milliarder mennesker i verden har en mobil enhet. Av det, 97 % av amerikanerne eier en mobiltelefon, ifølge Pew Research Center.

Hvis et litium-ion-batteri kortslutter, noe som kan skje når en bilbattericelle punkteres eller utsettes for varme, kan det produsere en ildkuleeksplosjon som antennes til 1300 grader F på millisekunder. En slik hendelse er nesten umulig å overleve, Jack Kavanaugh, Administrerende direktør i batteriteknologiselskapet Nanotech Energy, forklarte til Lifewire i et e-postintervju.

Produsenter innen elektronikkindustrien har lenge visst om de potensielle risikoene ved de brennbare formlene i litium-ion-batterier, hevder Kavanaugh. Likevel, sa han, blir hendelser med litiumionbatterier i forbrukerutstyr stort sett urapportert. I februar 2018, rapporterte den amerikanske forbrukerproduktsikkerhetskommisjonen over 25 000 overopphetings- og batteribrannhendelser som involverte mer enn 400 typer forbrukerprodukter over fem år.

Og fra 2012 til 2017, rapporterte det 49 tilbakekallinger av batterier med høy energitetthet for mer enn 4 millioner enheter, inkludert mobiltelefoner, scootere, elektroverktøy og bærbare datamaskiner.

Å slukke flammene

"Alle vil ha en enhet som kan vare hele dagen på en lading," Micah Peterson, en visepresident ved Batterimarked, fortalte Lifewire i et e-postintervju.

Han la til at litium-ion-batterier har blitt standarden for alle våre enheter på grunn av deres uovertrufne strømtetthet.

"Ingen annen batteriteknologi er i nærheten av å tilby samme mengde strøm i en liten formfaktor, men dette har en pris," sa Peterson. "Lithium-ion-batterier kan være ekstremt eksplosive, og siden de inneholder alle drivstoff og oksidasjonsmidler som trengs for å opprettholde en brann selv i vakuum, kan de være svært vanskelige å slukke."

Produsenter har minimert eksplosjoner og branner med innebygde kretser som overvåker batteriets helse og temperatur, sa Peterson. Denne kretsen kalles et Battery Management System, eller BMS, og er i hver enhet som inneholder et litiumbatteri.

"En BMS kan ikke redde et batteri fra en eksplosjon i alle tilfeller," sa Peterson. "Det godt publiserte problemet for noen år siden med Samsung Galaxy Note 7-telefoner var et eksempel på dårlige designtoleranser og dårlig kvalitetskontroll som forårsaket brann selv når BMS-en gjorde jobben sin."

En løsning på batterisikkerhet er bruken av sikrere kjemi, foreslo Peterson. Han la til at litiumjernfosfat (LFP)-batterier er et eksempel på billig kjemi å produsere og mye tryggere enn litium-ion NMC-kjemi.

Forskere og forskere jobber med å forbedre eksisterende litium-ion-batterier. For eksempel, Nanotech energi har utviklet et proprietært, ikke-brennbart Graphene-Organolyte-batteri, som det hevder er overlegent i sikkerhet og utkonkurrerer andre ledende litium-ion-batterier som er tilgjengelige på markedet.

Det er forskere ved Deakin University i Australia utvikle en prototype av litiummetallbatteri som er flammebestandig.

"Teknologien har vært under utvikling siden 2016, men universitetet mottok statlige midler for å bidra til å utvikle den videre, og nylige resultater er lovende," sa Kavanaugh. "Selv om det ser ut til at den brede kommersialiseringen av litiummetallbatterier er år unna."