Stanford ontwikkelt brandwerend membraan voor in li-ion-accu's

De Amerikaanse Stanford-universiteit heeft een membraan ontwikkeld dat tussen de positief en negatief geladen zijdes van een accu zit en een brandwerende functie heeft. Een accu zou hiermee niet in brand kunnen vliegen en de toevoeging beperkt de capaciteit van de accu ook niet.

Het membraan, dat gemaakt is van trifenylfosfaat, is omhuld met polyvinylidene fluoride. Wanneer het membraan onderdeel wordt van een eventuele ontbranding, kan het deze tegengaan in 0,4 seconden. Het omhulsel voorkomt dat het trifenylfosfaat vrijkomt, tenzij er ontbranding plaatsvindt en de temperatuur van de stoffen stijgt tot 160 graden Celsius, het smeltpunt van polyvinylidene fluoride. Zou het trifenylfosfaat zich wel kunnen mengen met de elektrolyt van de accu, dan zouden de prestaties negatief beïnvloed worden. Stanford heeft een onderzoekrapport gepubliceerd.

De onderzoekers van Stanford zien mogelijkheden om de techniek daadwerkelijk in de praktijk te brengen. Wel stellen ze dat de tests tot nu toe bestonden uit een elektrolyt met membraan handmatig sterk verhitten. Tests waarbij een accu gebogen, gebroken of doorboord wordt, moeten nog uitgevoerd worden. Ook moeten de tests nog uitgevoerd worden op grotere accu's.

De brandveiligheid van lithiumcellen krijgt waarschijnlijk extra aandacht dankzij de Samsung Galaxy Note 7, die in 2016 op de markt gebracht werd en een onveilige accu bleek te bevatten. Deze had de neiging om spontaan vlam te vatten en in sommige gevallen te ontploffen. Dat gebeurde bijvoorbeeld in een Amerikaans verkeersvliegtuig. Samsung heeft alle exemplaren van de smartphone teruggeroepen. Op maandag 23 januari maakt het bedrijf wereldkundig wat de resultaten zijn van het onderzoek naar de zaak. Die datum is op maandag bekendgemaakt. Anonieme Samsung-bronnen van Reuters beweren dat het bedrijf zal stellen dat het niet aan het ontwerp of de software van de telefoon lag, maar aan de accu.

Reacties (29)

[mansour]

Kan dit in theorie explosiegevaar bij elektrische auto's tot nul brengen of is dit voor lage capaciteit accu's?

[killerbie]

Die van tesla hebben brandwerende omhulsels rondom elke cel+ ventilatie naar beneden toe om spreiding tegen te gaan zover ik weet.

[flippy]

De hele accu in/onder een tesla is ondergespoten met een gel die een lithiumbrand direct inert maakt. Enige brand die kan gebeuren is dus beperkt tot de beschadigde cel en kan niet uitbreiden naar de andere cellen.

[Mavamaarten]

De belangrijkste tests waaronder buigen en pletten zijn nog niet uitgevoerd, en die zijn net het belangrijkste. Ik wacht nog even met juichen.

[timmiej93]

Waarom zijn buigen en pletten het belangrijkst? Als je een voetbal plet weet je toch ook dat ie knalt? Dan is het gewoon gedrag wat voorspelbaar is. Ik heb liever een beveiliging tegen onvoorspelbaar gedrag, zoals spontane ontbranding door oververhitting. Let wel, in deze spreek ik voor telefoon accu's. Voor auto's zijn mechanische invloeden uiteraard wel weer een stuk bekangrijker

[Ablaze]

Alle Lithium-ion cellen moeten dergelijke mechanische testen doorstaan voordat ze worden goedgekeurd. Daarbij maakt het niet uit waar de cellen in gebruikt gaan worden.

Ontbranding door oververhitting is geen onvoorspelbaar gedrag, maar een eigenschap. Oververhitting is geen oorzaak maar een gevolg van een ander probleem (bijvoorbeeld inwendige kortsluiting), dat zich voor kan doen als je deze mechanische tests (en andere testen) uitvoert.

[Blinkin]

Daarnaast is oververhitting tegenwoordig een groter risico met al die snelle oplaad technieken. Al worden die ook steeds beter. Maar met Quick Charge 1.0 (zit in mijn telefoon die een jaar geleden op de markt verscheen) is de kans op temperaturen boven de 40 graden C nog behoorlijk groot. Nu zal 40 graden niet je accu doen ontbranden maar hij zit al wel in de gevaarlijke zone voor interne schade.

Mee eens dat hier dus zeer streng en uitgebreid op getest moet worden. Er zijn zo een aantal scenario's te bedenken waarbij temperatuur een probleem kan worden (een hitte golf in combinatie met intens gebruik om maar wat te noemen).

[BastiaanNL]

40C en gevaar op beschadiging van interne delen? Welke?

Ik heb een China Phone (UMI Super) die wordt het dubbele werkt nog precies hetzelfde als voorheen. Ik gebruik hem niet meer maar daar heb ik een andere reden voor.

[Blinkin]

Accu's kunnen ongelooflijk slecht tegen hitte. Ik kan niet eenvoudig uitleggen waarom maar je kunt er wel een hoop over vinden.
Kort gezegd: hitte verkort de levensduur van accu's drastisch.

De geadviseerde max temperatuur ligt meestal rond de 40 graden Celsius. De daadwerkelijke grens van de gevarenzone ligt iets hoger: 45 °C.
Meer hierover kun je o.a. hier lezen: http://batteryuniversity.com/learn/article/charging_at_high_and_low_temperatures

[BastiaanNL]

Thanks, erg nuttig. Wist ik oprecht niet.

[Blinkin]

Ik weet dit ook pas sinds een paar jaar hoor haha. Ik ben me erin gaan verdiepen toen ik met een drone hobby begon waar dit soort accu's geen pcb (bescherming) hebben. Blijkt dus voor elke lithium accu van toepassing.

Ik vraag mij wel eens af of fabrikanten expres snellaad technieken bij telefoons met ingebouwde accu toepassen zodat je sneller een nieuw toestel koopt. Het snelladen produceert vaak temperaturen die de grens op zoeken.
Maar goed, dat is puur speculeren natuurlijk.

[Indoubt]

De voetbal vliegt niet in de fik, lijkt me een belangrijk detail

[Carni]

De voetbal vliegt niet in de fik, lijkt me een belangrijk detail

Bron?

[Moosenl]

Grappig om te zien dat Stanford nog druk aan het testen is en niet weet hoe eea zal ontwikkelen maar de reaguurders hier al precies kunnen vertellen hoe het werkt.

[spyro]

Maar ja, is ook maar Stanford he. Van dat prisoners experiment. En dat bleek ook een leugen.

[barta123]

Mooie ontwikkeling, het zijn inderdaad maar gevaarlijke bommetjes, die Lithium-Ion batterijen! Ik hoop dat de Galaxy S8 nog een extra stap in de ontwikkeling kan gebruiken...

Ik ben wel benieuwd naar of het daadwerkelijk ook zijn werk doet, als in tests of iets dergelijks...

[jabwd]

Eigenlijk wat ik interessanter vind aan het hele verhaal is hoe gevaarlijk het nou is om oude apparaten met die batterijen rond te laten slingeren, want het gebeurd toch redelijk vaak volgens mij. Die eerste accu van mijn 2008 unibody macbook stond ook lekker bol na een tijdje

Klein beetje off topic: Wel heel jammer voor samsung dat een apparaat dat volgens mij (?) best geliefd is door velen nu eigenlijk gewoon behoorlijk van de markt afgeknalt is ( pun intended ). Zullen ze met een nieuwe naam komen voor de note8 of het nog heel anders proberen te marketen.

[Reactie gewijzigd door jabwd op 26 juli 2024 03:25]

[Aikon]

Een accu loopt langzaam leeg en verliest daarmee energie. Een bolle batterij wordt veroorzaakt door de opbouw van gas door te overladen of defecte (verkeerde) opladers. Juist de oude accu's in je la zullen niet gaan opbollen en zijn relatief veilig.

M'n gevoel zegt dat het brandgevaar ook afneemt door de afname van energie, maar dat weet ik niet zeker.

[Blinkin]

De meeste lithium (ion) accu's zijn stabiel rond de 3,7 volt (ze hebben een max van 4,20 of 4,35 volt bij een nieuwe accu). Dat bol staan komt inderdaad door te lang vol met energie zitten (of te veel) waardoor dit omgezet wordt in gas. Als je een dergelijke accu volledig op zou laden (4,2 volt) en we daarna nooit meer naar om zou kijken dan geef ik je 99% garantie dat ie op gaat zwellen. Zit je echter rond de 3,7 volt of lager dan zal daar niet zo sprake van zijn. Uiteindelijk loopt de accu inderdaad leeg (onder de 3,0 / 2,8 volt), dit is ook slecht voor de accu maar veel minder erg.

Je gevoel dat brandgevaar afneemt bij afname van energie is dus correct.
Vaak als een dergelijke accu veel gasvorming heeft wordt eerst de energie (heel langzaam) uit de accu gehaald voor men het geheel recyclet of vernietigt. Dit voorkomt een agressieve steekvlam mocht de accu instabiel worden en een kettingreactie (hitte) krijgen.

In de RC hobby wereld (o.a. quadcopters / drones) gebruikt men lithium polymeer accu's (lijkt op lithium ion). Als je hier over google'd zul je een hoop (technische) informatie over de gevaren en methodes vinden.

[Teijgetje]

En die bolle accu die wel in de la ligt? (=feit bij een kennis)
Wat zegt je gevoel dan?

[Reactie gewijzigd door Teijgetje op 26 juli 2024 03:25]

[Aikon]

Dat die defect is en je deze echt niet meer hoeft te bewaren, inleveren dus. Een bolle accu in de la wil niet zeggen dat deze plat was voor die in de la ging.

[Blinkin]

Hangt ook van het soort accu af. Onbeveiligde lithium (polymeer) accu's moet je nooit volledig opladen als je ze langer dan een paar dagen niet gebruikt, dan krijg je gegarandeerd gasvorming.
Bij beveiligde accu's denk ik dat het pcb dit tegen gaat, maar dat weet ik niet zeker.

Ik ben hier met twee lithium polymeer accu's (zonder pcb) op de harde manier achter gekomen. Opgeladen na gebruik en een half jaar lang in de kast laten liggen. Resultaat was dat ze zo erg gingen zwellen dat ze bijna ovaal zijn geworden. Best gevaarlijk..

[Reactie gewijzigd door Blinkin op 26 juli 2024 03:25]

[M.l.]

Hey Samsung, taking notes?

[MrFax]

Belachelijke comment; Als de accu niet goed was geproduceerd en het membraam ook niet ga je alsnog brand krijgen. En het feit dat het geen ontploffingen kan voorkomen is het nog steeds gevaarlijk(of er moet iets in het artikel missen). Het membraam zal breken op het moment dat een cel ontploft.

Deze ontwikkeling is heel specifiek: Het zorgt ervoor dat er geen brand kan onstaan door kruising van negatief en positieve lading.

[Reactie gewijzigd door MrFax op 26 juli 2024 03:25]

[--Andre--]

Zoals ik hem lees mengt het spul zich met de elektroliet waardoor de werking van de batterij verstoord word.
Dat het membraan zal breken als de cel ontploft, dan is het te laat. De werking zit hem juist in door te smelten voordat dit punt wordt bereikt, de batterij te blokkeren, waardoor verdere verhitting voorkomen wordt, en dus ook ontploffing.

[MrFax]

Ah, dat is waar. Maar volgens mij kan een li-ion batterij ook zonder oververhitting vlam vatten en/of ontploffen als er iets mis is gegaan tijdens productie van de cellen. Dat lijkt nu wel "de reden" zijn geweest dat de Note 7 ging ontploffen; maar ja het is nog even afwachten op officieel resultaat .

[Reactie gewijzigd door MrFax op 26 juli 2024 03:25]