Gambar seketika saat reaksi berantai yang menyebabkan baterai lithium-ion untuk meledak. .
Proses ini dapat terjadi hanya dalam milidetik: modul baterai Kepanasan menciptakan efek domino, memproduksi lebih banyak dan lebih panas, dan meledak baterai. Tapi ternyata tidak semua baterai sama-sama cenderung gagal, menurut sebuah studi baru yang diterbitkan hari ini (April 28) dalam jurnal Nature Communications.
"Kehadiran fitur keamanan tertentu dapat mengurangi terhadap penyebaran beberapa proses pelarian termal ini," kata rekan penulis studi Paul Shearing, seorang insinyur kimia di University College London di Inggris. Fitur tersebut meliputi dukungan mekanik di dalam baterai, kata Shearing.
Hasil menyarankan beberapa cara untuk membuat baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang yang lebih aman, para peneliti menulis di koran.
Baterai isi ulang
Baterai lithium-ion adalah workhorses gadget modern; mereka ditemukan dalam segala hal dari smartphone ke jet jumbo dengan Tesla Model S. Mereka biasanya dibuat dengan dua lapisan material, disebut anoda dan katoda, dipisahkan oleh cairan listrik dari. Ion lithium memulai di katoda, lapisan bahan yang, di laptop dan ponsel baterai, biasanya meliputi kobalt, mangan, nikel dan oksigen. Ketika baterai terisi, listrik drive ion lithium dari katoda, di sebuah cairan elektrolit ion-penuh, dan ke anoda, yang terbuat dari tumpukan grafit. Sebagai saluran air baterai, lithium ion kembali dari anoda kembali ke katoda. Baterai biasanya datang dalam sel; baterai laptop mungkin memiliki tiga atau empat sel, sedangkan Tesla Model S mungkin memiliki ribuan, kata Shearing.
Reaksi berantai
Ratusan juta baterai lithium-ion yang diproduksi setiap tahun, dan bencana kegagalan, seperti ledakan atau mencair, jarang, kata Shearing. Produk Namun, telah ada 43 ingat untuk baterai lithium-ion yang rusak sejak tahun 2002, menurut Komisi Keselamatan Produk Konsumen AS.
Baterai dapat meledakkan atau mencair ketika komponen listrik internal yang pendek-sirkuit, ketika masalah mekanik muncul setelah jatuh atau kecelakaan, atau ketika mereka tidak terpasang dengan benar, Shearing mengatakan. Tapi di hati, semua kegagalan ini terjadi karena salah satu bagian dari baterai terlalu panas dan tidak bisa mendinginkan cukup cepat, menciptakan reaksi berantai yang menghasilkan lebih banyak dan lebih panas.
"Ini semacam proses bola salju ini yang kita sebut pelarian termal," Shearing mengatakan Live Science.
Selama pelarian termal, modul baterai miniatur dapat mencairkan, memberikan off panas, dan bahan elektrolit antara anoda dan katoda bahkan mungkin mendidih, kata Shearing.
Untuk memahami lebih lanjut tentang reaksi berantai yang berbahaya ini, Shearing dan rekan-rekannya dipanaskan baterai lithium-ion komersial untuk 482 derajat Fahrenheit (250 derajat Celsius). Menggunakan kamera 3D berkecepatan tinggi dan collider partikel, yang dibombardir baterai dengan sinar-X sinkrotron, tim menangkap gambar termal dari baterai karena mereka menjalani flash transisi ke overheating dan pelarian termal.
Baterai yang lebih aman
Bahkan pada suhu tinggi, tidak semua baterai gagal - beberapa memiliki fitur keselamatan internal yang mencegah reaksi berbahaya. Dari mereka yang tidak gagal, baterai dengan dukungan internal yang tetap utuh sampai suhu internal mencapai terik 1.830 F (1.000 C). Pada saat itu, bahan tembaga internal yang meleleh, yang menyebabkan reaksi berantai pelarian.
Tapi baterai tanpa ini mendukung internal yang meledak, mungkin karena core internal mereka runtuh, yang bisa hubung pendek komponen listrik internal penelitian menunjukkan.
Teknik baru menyediakan cara untuk secara sistematis menguji fitur keselamatan dalam baterai di masa depan, kata Shearing.
Meskipun meledak baterai terdengar menakutkan, mereka sebenarnya cukup langka, kata Shearing. Setelah semua, kebanyakan orang tidak memanggang iPhone mereka selama penggunaan sehari-hari, katanya.
"Kami harus mendorong ini ke kondisi benar-benar ekstrim, yang [Anda] sangat tidak mungkin untuk melihat di yang normal operasi sehari-hari Anda," kata Shearing.