Γιατί οι μπαταρίες αναφλέγονται;

Με την τεχνολογία να συρρικνώνεται και να βασίζεται όλο και περισσότερο στις φορητές συσκευές, η ανάγκη για φορητή ενέργεια γίνεται όλο και πιο έντονη. Η σύγχρονη τεχνολογία για να λύσει το πρόβλημα αυτό, ερευνά και κατασκευάζει πολύ ισχυρές επαναφορτιζόμενες μπαταρίες για κάθε τύπου μηχάνημα που έχει την ανάγκη ηλεκτρικής ενέργειας. Από τα smartphones και τα laptops μέχρι και τα ηλεκτροκίνητα αυτοκίνητα βασίζονται πάνω στην εξέλιξη των συσσωρευτών ενέργειας.

Ένα από τα πιο πολυσυζητημένα προβλήματα των τελευταίων ετών είναι αυτό των ελαττωματικών μπαταριών, η οποίες στην καλύτερη περίπτωση σταματούν να δουλεύουν φυσιολογικά, ενώ στη χειρότερη (βλέπε Galaxy Note 7) αναφλέγονται έως και εκρήγνυνται.

Ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Stanford και του SLAC National Accelerator Laboratory, δημιούργησαν ένα καινούριο ερευνητικό project με στόχο την εύρεση των αιτιών που ευθύνονται για τέτοιου είδους προβλήματα. Οι επιστήμονες για να μελετήσουν τις μπαταρίες χρησιμοποιούν την τεχνική Cryo-Electron Microscopy (cryo-EM) η οποία βραβεύτηκε με Nobel το 2017 στην κατηγορία των χημικών επιστημών.

Η cryo-EM είναι μια τεχνολογία που επιτρέπει στους ερευνητές να καταγράφουν πολύ υψηλής ανάλυσης φωτογραφίες σε επίπεδο ατόμου, ενώ μπορούν να παγώσουν την μπαταρία σε οποιαδήποτε κατάσταση στον κύκλο της φόρτισης - αποφόρτισης. Φωτογραφίζοντας τα άτομα των μπαταριών, μπορούν να καταλάβουν τι προκαλεί τις παραπάνω αντιδράσεις. Χάρις την cryo-EM οι ερευνητές κατάφεραν να ξεχωρίσουν τη μορφή των δενδριτών (κρυσταλλώδεις μάζες από αποθέσεις λιθίου με σχήμα που παραπέμπει σε ρίζες δέντρου) των μπαταριών λιθίου. Μέχρι τώρα πιστεύαμε πως είχαν ακανόνιστα σχήματα ενώ τώρα αποδεικνύεται πως έχουν την μορφή μακριών κρυστάλλων με έως και έξι πλευρές. Αυτοί οι δενδρίτες αναπτύσσονται και περνούν ανάμεσα από τα διαφορετικά τμήματα της μπαταρίας, προκαλώντας βραχυκυκλώματα και ανάφλεξη.

Ο καθηγητής Yi Cui, υπεύθυνος του project, δήλωσε:

Με την τεχνολογία cryo-EM μπορούμε να δούμε τα υλικά που είναι εύθραυστα και χημικά ασταθή, ενώ ταυτόχρονα μπορούμε να τα κρατήσουμε στην αρχική τους μορφή - πώς φαίνονται μέσα σε μια κανονική μπαταρία - και να τα μελετήσουμε υπό υψηλή ανάλυση. Αυτό περιλαμβάνει όλα τα είδη των υλικών των μπαταριών. Το μέταλλο λιθίου που ερευνήσαμε εδώ είναι μόνο ένα παράδειγμα, αλλά αποτελεί πρόκληση και είμαστε ενθουσιασμένοι.