Nanodrähte machen Lithium-Ionen-Batterien sicherer, um Brandgefahren auszuschließen

In einer Lithium-Ionen-Batterie (LIB) bewegen sich Lithium-Ionen zwischen Elektroden durch einen Elektrolyten hin und her. Die traditionelle LIB hat einen flüssigen Elektrolyten aus Salz und organischen Lösungsmitteln, ist jedoch anfällig für Verdunstung und kann Brände verursachen. Dann haben Forscher ihre Aufmerksamkeit auf feste Elektrolyte als möglichen Ersatz gerichtet. Für Festelektrolyte wurden verschiedene Optionen vorgeschlagen, die meisten sind jedoch instabil oder erfüllen nicht die Anforderungen in großem Maßstab. Polymerelektrolyte haben Potenzial gezeigt, weil sie stabil, billig und elastisch sind; Sie haben jedoch schlechte elektrische und mechanische Eigenschaften. Die Wissenschaftler haben eine Reihe von Verbindungen hinzugefügt, um Elektrolyte zu stärken. XinyongTao und seine Kollegen haben zuvor Magnesiumborat (Mg2B2O5) -Nanodrähte mit guten mechanischen Eigenschaften und elektrischer Leitfähigkeit hergestellt.

Sie wollten sehen, ob diese Eigenschaften der Batterie hinzugefügt werden, wenn die Nanodrähte dem festen Polymerelektrolyten hinzugefügt werden. Ihr Team mischte Festelektrolyte mit 5,10,15 und 20 Gewichtsprozent Mg2B2O5-Nanodrähten. Sie beobachteten, dass die Nanodrähte die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten erhöhten und dass sie mehr Stress aushielten als Elektrolyte ohne Nanodrähte. Die erhöhte Leitfähigkeit ist auf die schnellere Zunahme der Anzahl der durch den Elektrolyten passierenden Ionen zurückzuführen. Sie testeten auch die Entflammbarkeit des Elektrolyten und stellten fest, dass er kaum verbrannt war. Wenn der mit Nanodrähten verstärkte Elektrolyt mit der Kathode und der Anode gepaart wird, wie es wäre, wenn er in eine Batterie gegeben würde, hat die Einstellung eine bessere Multiplikatorleistung und eine höhere Zykluskapazität als Batterien ohne Nanodrähte.

Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien versorgen fast unser ganzes Leben mit Strom. Wo wären wir ohne unsere Smartphones, Laptops und Elektroautos? Um ehrlich zu sein, ist irgendwo sicherer und weniger brennbar.

Leider können Lithium-Ionen-Batterien dem Feuer leicht Kraftstoff hinzufügen, wie die Allgegenwart wiederaufladbarer Batterien in zahlreichen jüngsten Bränden gezeigt hat. Egal, ob es sich um eine Tesla-S-Zigarette handelt, um einen Rückruf eines HP-Laptops oder um das berühmte Samsung GalaxyNote7-Feuer, Lithium-Ionen-Batterien sind offen gesagt ziemlich entflammbar.

Laut einer neuen Studie, die im Journal der amerikanischen Chemiegesellschaft NanoLetters veröffentlicht wurde, kann es jedoch eine Möglichkeit geben, das Brandrisiko von Lithium-Ionen-Batterien vollständig zu beseitigen, und die Antwort liegt in Nanodrähten.

Das Lithium ist das am wenigsten dichte Metallelement, weshalb Lithium-Ionen-Batterien so häufig sind - sie können mehr Strom aufnehmen als andere Batterietypen. Das Problem ist, dass Lithium auch hochreaktiv ist und Natrium und Kalium enthält.

Wie alle Batterien haben Lithium-Ionen-Batterien zwei Elektroden, die durch einen Elektrolyten getrennt sind. Im Inneren befindet sich eine Elektrolytlösung aus Lithiumsalzen und Lösungsmitteln, und zwischen ihr und den Elektroden besteht ein fein abgestimmtes Gleichgewicht.

Wenn die Batterie geladen ist, fließt die Lithiumionenlösung vom Elektrolyten zur Kohlenstoffanode und zurück, wenn die Batterie entladen wird. Wenn dieses Gleichgewicht hergestellt wird, ist dies offensichtlich der Hauptschauplatz für die Streikkatastrophe. Wenn die Komponenten kombiniert werden, kann sich die Batterie überhitzen und explodieren.

Wie können Nanodrähte eingesetzt werden, um Brände in Lithium-Ionen-Batterien zu verhindern?

Die Verwendung von Festelektrolyten wurde im Labor demonstriert, um die Brandgefahr von Lithium-Ionen-Batterien auszuschließen. Leider sind Festelektrolyte schwer zu skalieren und sicherlich nicht billig, so dass dies auf lange Sicht keine praktikable Lösung ist.

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