Onderzoekers maken accu die zichzelf beschermt tegen oververhitting

Amerikaanse wetenschappers hebben een aangepaste lithium-ion-accu ontwikkeld waarin bescherming is ingebouwd tegen oververhitting. Als de temperatuur in de accu te hoog wordt, treedt er automatisch een uitschakelingsmechanisme in werking.

De accu is ontworpen door onderzoekers die verbonden zijn aan de Stanford University, zo meldt PC World op basis van een onderzoekspublicatie die in Nature Energy is verschenen. Volgens de wetenschappers is de aangepaste lithium-ion-accu voorzien van een vlies van polyethyleen met 'nanospikes' gebaseerd op nikkel. Deze spikes hebben een coating van grafeen, dat elektriciteit kan geleiden en de stroomkring gesloten moet houden.

Het oververhittingsmechanisme werkt doordat het vlies uitzet bij toenemende temperaturen. Als dat gebeurt, dan raken de individuele spikes elkaar niet meer, waardoor de stroomkring wordt verbroken en de accu automatisch 'uit' wordt gezet. Daarbij is het mogelijk om een vooraf ingestelde grenstemperatuur te kiezen, door meer of minder spikes in het vlies aan te brengen.

Mogelijk biedt de accu een uitkomst voor apparaten waar oververhitting op de loer ligt. In de afgelopen tijd zijn zogenoemde 'hoverboards', een soort elektrische skateboards met wielen aan de zijkant, in het nieuws gekomen omdat er ontbrandingsgevaar bestaat. Verscheidene bedrijven kampen met problemen, waardoor sommige winkels zijn gestopt met de verkoop ervan. De wetenschappers van Stanford hebben echter nog niet verteld wanneer de door hun ontwikkelde accu commercieel inzetbaar zal zijn.

Reacties (23)

[Framoes]

Dit is handig, maar tenzij het goedkoper en/of efficiënter werkt dan overbelastingsbescherming van het apparaat waar de accu in gebruikt wordt, lijkt dit toch een beetje overbodig.

In bijvoorbeeld modern accugereedschap zit vrijwel altijd bescherming tegen overbelasting en oververhitting van de accu.

[Melvinvm]

Lithium accu's hebben bij hoge belastingen nog wel eens last van dendrietvorming. Dit zijn lithium kristallen die een soort brug vormen tussen anode en kathode resulterend in een zeer lokale kortsluiting. De cell waarin dit gebeurd kan nog wel wat stroom leveren maar veel minder. Een accu bestaat uit meerdere cellen en een battery management system (BMS) die slechte cellen kan uitschakelen. Doordat meerdere cellen in parallel of erger nog in serie geschakeld zijn zal er door deze kortsluiting een grote stroom gaan lopen in andere cellen en zeer lokaal een hoog vermogen opgewekt worden = warmteproductie. Als het BMS een falende cell kan opsporen kan deze cell en de (mogelijke) serie waar hij in zit uitschakelen voordat schade veroorzaakt wordt aan de rest van de cellen. Als de cell blijft functioneren kan hij zo warm worden dat hij begint te branden of als het dendriet een te lage weerstand heeft kortsluiting veroorzaken waardoor parallelle cellen zichzelf door gaan ontladen als een malle. Door het afgenomen vermogen en voltage dat uit de cell komen moeten andere cellen harder werken om aan de stroomvraag van de accu te voldoen waardoor de kans op falen in andere cellen weer toeneemt. Als laatste zit er nog een verband tussen hoe warm een batterij is en de efficiëntie, als er ergens in je accu pack een al dan niet fatale warmtebron zit gaat dit ook ten koste van de performance.

TL;DR
Goeie ontwikkeling die mogelijk maakt dat lithium accu's langer meer gaan en veiliger worden!

[Timo002]

Misschien denk ik te simpel, maar kan een bimetaal hier niet voor gebruikt worden? Of zijn die te groot?

[Reactie gewijzigd door Timo002 op 26 juli 2024 13:31]

[Pinin]

Dacht meteen aan hetzelfde.
Misschien dat bimetaal meer plaatselijk werkt en dit op een groter oppervlakte ?

[yoerivanhal]

Zou je dan niet de bimetaal op meerdere stukken plaatsen?

had met mijn vorige telefoon dat hij telkens op een andere plaats warm werd als je hem steeds intensief gebruikte. denk dat meerdere afzonderlijke plaatsen dan beter en sneller werkt.

[WillySis]

Bimetaal werkt heel plaatselijk, het vlies over de totale oppervlakte. Ook als je plaatselijk een oververhitting hebt kan dit gedetecteerd worden. Bij vliegtuigen kan de verminderde druk ook een rol spelen. Oververhitting gebeurd dan al bij lagere temperaturen. Een bimetaal registreert dat niet, maar het vlies wel!
Gezien de materialen zal het niet duur zijn. Eigenlijk is het niet meer dan huishoudfolie met wat zink naaldjes.

[Durandal]

Bimetaaltje is inderdaad de simpelere oplossing en wordt al heel erg lang betrouwbaar gebruikt.
Dit nano spikes verhaal lijkt meer op een oplossing dat naar een probleem op zoek is.

[PuzzleSolver]

Wat iedereen vergeet hier is dat een bimetaal aan de binnekant van een accu nogal veel ruimte inneemt. Een lithium accu is een heel strak gewonden spiraal en oververhitting kan optreden omdat er kortsluiting intern optreed. Dit vlies zou het probleem bij de bron aanpakken.

[TheekAzzaBreek]

Die externe beveiliging kan falen, zelfs Boeing had er last van, en die hebben toch leuke budgetten. Als je iets n de accu kan inbouwen wat betaalbaar en bomvast is (geen idee of dat hier het geval is, overigens) heeft dat toch de voorkeur, op z'n minst als extra noodrem.

[Ayporos]

ja en laat die accu's nou juist ontploffen/overhitten omdat dàt mechanisme nou niet goed werkt en/of de kortsluiting zit vóór dat circuit.

Mijns inziens kunnen ze ook gewoon een schakelaar net voor een van die accupinnen die de accu uit gaat zetten en die aansluiten op een (of meerdere) temperatuursensors in de accu zelf... maar dit zal wel goedkoper/makkelijker zijn denk ik?

[engibenchi]

Als ik het zo lees vermoed ik dat dit een lokaal probleem uitschakelen. Vaak zijn cellen geclusterd. En als één zo'n cel kortsluiting maakt dan lopen de parallel geschakelde cellen leeg door die kortgesloten cel. Wat ik begrepen hebt verandert de structuur van het accu materiaal bij overbelasting. Een verandering die de boven beschreven kortsluiting kan veroorzaken. als je die overbelasting kunt voorkomen met het membraan uit dit artikel, kun je veilige batterijen maken zonder noemenswaardige volume toenamen. Bij een klassiek bimetaal lijk je meer ruimte nodig te hebben.

[Dark Angel 58]

Ik betwijfel of het wel nuttig is dat een accu zichzelf uitschakelt bij oververhitting. Maar wat als een politiewagen tijdens een zware achtervolging dat zijn accu's van een elektrische auto zichzelf uitschakelt...

We willen graag dat een accu zichzelf afkoelt, dus nooit meer erg warme laptop die jouw ballen probeert te bakken

[Stoney3K]

Ik betwijfel of het wel nuttig is dat een accu zichzelf uitschakelt bij oververhitting. Maar wat als een politiewagen tijdens een zware achtervolging dat zijn accu's van een elektrische auto zichzelf uitschakelt...

Je hebt dus liever dat die politiewagen tijdens een zware achtervolging in de fik vliegt?

[Dark Angel 58]

lol... en dan zeggen ze: "daar gaat een man met kernbom"
Nou ja, je moet echt alles doen om hem te pakken, ook je auto in de fik staat.

Als je een lekke band hebt, zou je toch doorrijden om hem te pakken? EN ja dat doe je!

Ik hoop dat we in de toekomst een soort accu krijgen dat zichzelf afkoelt, het heeft wel een voordeel dat het accu nooit warm wordt.

[Stoney3K]

lol... en dan zeggen ze: "daar gaat een man met kernbom"
Nou ja, je moet echt alles doen om hem te pakken, ook je auto in de fik staat.

Als je een lekke band hebt, zou je toch doorrijden om hem te pakken? EN ja dat doe je!

Je kijkt misschien een beetje veel Hollywood-films. Een man met kernbom gaan ze niet achtervolgen met een politiewagen, dat laten ze niet eens zo ver komen, of ze schakelen het leger in (puur hypothetisch gezien, want er is in driekwart eeuw dat die dingen bestaan, nog nooit iemand succesvol met een kernbom aan de haal gegaan)

En een lekke band is toch van een ander kaliber dan een auto die in de fik staat. Bij normale achtervolgingen breekt een politiewagen bij een lekke band gewoon de achtervolging af, meldt dat er iets aan de hand is en zijn collega neemt het over.

Tenzij je natuurlijk met een snelheid door de straten van San Francisco scheurt met een vrachtwagen met een kernbom achterin die politieauto's niet bij kunnen houden en dus een vervangende auto nooit meer in de achtervolging mee kan doen. Maar dat gebeurt alleen als je Bruce Willis heet.

[Verwijderd]

"balanceboards" is waarschijnlijk een minder verwarrende term, bij "hoverboards" denkt iedereen natuurlijk aan hoverboards.

OT: Verder een interessante ontwikkeling, hoewel ik dan wel hoop dat ze ook een vlies inbouwen wat bij iets lagere tempraturen al anders reageerd, zodat de batterij kan doorgeven aan het apparaat waar die in zit dat de boel bijna uitgeschakeld word, wel zo veilig bij drones, hoge snelheid RC autos, etc.

[Sammiege]

oxboard, swegway, swagway zijn ook nog wat gehoorde termen voor dat apparaat.

[ceun92]

Een interessante ontwikkeling op het gebied van lithium-ion accu's. Ik ben benieuwd op welke wijze nano technologiën, naast 'quantum computing', nog meer kunnen worden ingezet in accu's ea electronica.

[Mrjraider]

Bijzondere ontwikkeling. Accu's zijn eigenlijk bijna nergens meer weg te denken en ik denk dat dit een vrij goede beveiligingsmechanisme kan vormen.

[marek965]

De wetenschappers van Stanford hebben echter nog niet verteld wanneer de door hun ontwikkelde accu commercieel inzetbaar zal zijn....

Zoals gewoonlijk met doorbraken op accugebied, not in our lifetimes

[Sicos]

Een accu met een bimetaaltje dus :-) https://nl.wikipedia.org/wiki/Bimetaal

[MrAndy9797]

Te laat naar mijn mening... Er zijn zoveel bedrijven bezig met nieuwere, betere, grotere accu's. En dat niet meer op basis van Litium-Ion, dus deze 'innovatie' lijkt me weggegooid geld vermits het gebasseerd is op oude technologie. Ja, die worden nog gebruikt in huidige apparaten, maar tegen dat deze techniek weer op de markt komt, staan we al weer met nieuwe accutechnologie te werken ...

[batjes]

Probleem is dat bedrijven/onderzoekers dat al 20+ jaar roepen (als het niet meer is) en de afgelopen 10 jaar is er nauwelijks wat veranderd (behalve dat de capaciteit van lithium accu's bijna verdubbeld is).

De afgelopen jaren zie je een nieuws bericht over super accu's ook elke paar maanden weer voorbij komen hier op Tweakers. Als dat allemaal met zo'n vaart ging zouden onze smartphones al lang meer dan een week met 1 lading kunnen doen.

Houd er maar rekening mee dat een eventuele opvolger voor de huidige Li-Ion accu's nog wel een jaar of 5-10 op zich kan laten wachten. Dus dit soort ontwikkelingen zijn nog van belang.