Här exploderar litiumjonbatteriet

Laddningsbara litiumjonbatterier finns i allt från mobiler och datorer till elbilar och flygplan. Men de har en akilleshäl; de kan självantända och börja brinna. Det var till exempel det som hände när några av Boeings flygplan fick flygförbud under flera månader år 2013. Risken för brand har också gjort att många flygbolag numera inte tillåter frakt av litiumjonbatterier.

Boven i dramat är batteriets elektrolyt som under laddning kan råka ut för så kallad termisk rusning där temperaturen stiger okontrollerat och sätter eld på elektrolyten, som oftast är av ett brännbart organiskt material.

Donal Finegan vid University College London (UCL) och hans kolleger har nu för första gången lyckats filma fenomenet. Studierna skedde i den europeiska synkrotronen ESRF i Grenoble, Schweiz. Med hjälp av ultrakorta röntgenpulser kunde forskarna i real-tid följa vad som hände inuti batteriet när en värmepistol fick temperaturerna att stiga över 250 grader. Samtidigt togs bilder med en värmekamera.

- Tack vare det extremt höga flödet av fotoner och den snabba detektorn vid strålrör ID15 kunde vi få 3d-bilder i real-tid av det som händer.

Forskarna har filmat förloppet i två typer av litiumjonbatterier med lite olika inre arkitektur som finns på marknaden. Filmerna visar hur batteriets inre strukturer successivt bryts ner. Ur det enda batteriet skjuter glödande het materia ut efter två minuter i filmen här ovanför. I det andra fallet exploderar batteriet.

Enligt forskarna ger bägge filmerna även indikationer på hur förstörelsen kan spridas till närliggande batterier.

Paul Shearing vid UCL poängterar att de förhållanden de utsatte batterierna för ligger långt utanför de som rekommenderas ur säkerhetssynpunkt.

- Det var nödvändigt för att få framkalla felet och kunna förstå hur det uppstår och sprids.

Forskargruppen planerar nu att studera fler typer av litiumjonbatterier för att få fler svar på vad som händer på mikroskopisk nivå vid termisk rusning. Och få svar som kan leda till att säkrare batterier kan konstrueras.

Metoden och forskningsresultaten presenteras i dagens nummer av den vetenskapliga tidskriften Nature Communications.

Gilla Ny Teknik på Facebook