Hur ny teknik kan göra batterier säkrare

Mobiltelefonbatterier fortsätter att fatta eld, men forskare jobbar på att hitta en lösning.

En Samsung Galaxy A21 smartphone var den senaste till göra nyheterna för att ha bränt i lågor och tvingat ett plan att landa. Ingen skadades allvarligt i olyckan på Seattle-Tacoma International Airport, men experter säger att faran från gadgetbatterier ökar.

"Lithium-ion-batterier blir allestädes närvarande i vardagen i en rad applikationer i olika skalor, alla från små elektroniska enheter via elfordon, hela vägen upp till stora nätlagringsinstallationer, Gavin Harper, en batteriforskare vid University of Birmingham, berättade för Lifewire i en e-postintervju. "All teknik som lagrar en enorm mängd energi i ett tätt medium kommer att ha inneboende säkerhetsutmaningar om den energin frigörs okontrollerat."

Batterier på ett plan

Som den senaste händelsen i Seattle visade, trots årtionden av ansträngningar för att förbättra säkerheten, kan batterier fortfarande brinna.

En del av problemet är att batteriolyckor är ett sifferspel. Enligt analytiker på GSMA, 5,27 miljarder människor i världen har en mobil enhet. Av det, cirka 97 % av amerikanerna äger en mobiltelefon, enligt Pew Research Center.

Om ett litiumjonbatteri kortsluter, vilket kan hända när en bilbattericell punkteras eller utsätts för värme, kan det producera en eldklotsexplosion som antänds till 1 300 grader F på millisekunder. En sådan händelse är nästan omöjlig att överleva, Jack Kavanaugh, VD för batteriteknikföretaget Nanotech Energy, förklarade för Lifewire i en e-postintervju.

Tillverkare inom elektronikindustrin har länge känt till de potentiella riskerna med de brandfarliga formlerna i litiumjonbatterier, hävdar Kavanaugh. Ändå, sa han, blir incidenter med litiumjonbatterier i konsumentprylar till stor del orapporterade. I februari 2018, rapporterade den amerikanska konsumentproduktsäkerhetskommissionen över 25 000 incidenter med överhettning och batteribrand som involverade mer än 400 typer av konsumentprodukter under fem år.

Och från 2012 till 2017, rapporterade det 49 återkallelser av batterier med hög energidensitet för mer än 4 miljoner enheter, inklusive mobiltelefoner, skotrar, elverktyg och bärbara datorer.

Släcka lågorna

"Alla vill ha en enhet som kan hålla hela dagen på en laddning", Micah Peterson, vice president på Batterimarknad, berättade för Lifewire i en e-postintervju.

Han tillade att litiumjonbatterier har blivit standarden för alla våra enheter på grund av deras oöverträffade effekttäthet.

"Ingen annan batteriteknik kommer i närheten av att erbjuda samma mängd kraft i en liten formfaktor, men detta kostar en kostnad", sa Peterson. "Lithium-Ion-batterier kan vara extremt explosiva, och eftersom de innehåller alla bränslen och oxidationsmedel som behövs för att upprätthålla en brand även i vakuum, kan de vara mycket svåra att släcka."

Tillverkare har minimerat explosioner och bränder med inbyggda kretsar som övervakar batteriets hälsa och temperatur, sa Peterson. Dessa kretsar kallas för ett batterihanteringssystem, eller BMS, och finns i varje enhet som innehåller ett litiumbatteri.

"En BMS kan inte rädda ett batteri från en explosion i alla fall," sa Peterson. "Den väl omtalade frågan för några år sedan med Samsung Galaxy Note 7-telefoner var ett exempel på dålig designtolerans och dålig kvalitetskontroll som orsakade bränder även när BMS gör sitt jobb."

En lösning på batterisäkerhet är användningen av säkrare kemi, föreslog Peterson. Han tillade att litiumjärnfosfatbatterier (LFP) är ett exempel på billig kemi att tillverka och mycket säkrare än litiumjon-NMC-kemi.

Forskare och forskare arbetar med att förbättra befintliga litiumjonbatterier. Till exempel, Nanotech energi har utvecklat ett proprietärt, icke brandfarligt Graphene-Organolyte-batteri, som det hävdar är överlägset i säkerhet och överträffar andra ledande litiumjonbatterier som finns på marknaden.

Det är forskare vid Deakin University i Australien utveckla en prototyp för ett litiummetallbatteri som är brandsäker.

"Tekniken har varit under utveckling sedan 2016, men universitetet fick statlig finansiering för att hjälpa till att utveckla den ytterligare, och de senaste resultaten är lovande", sa Kavanaugh. "Även fortfarande verkar det som om den breda kommersialiseringen av litiummetallbatterier är år borta."