Een batterij die op het punt staat te ontploffen

Het gebeurt niet heel vaak, maar ook niet heel zelden, dat lithiumbatterijen ontploffen. Dat is lastig, want dit type batterijen zijn momenteel razendpopulair, omdat ze het beste zijn wat op dit gebied te koop zijn. Onderzoekers van, onder meer, het University College in Londen wilden wel eens weten hoe de vork aan de steel zit en filmden de ontploffende batterijen met een speciale 3d-techniek. Het bleek in elk geval dat de bekeken, commercieel verkrijgbare, batterijen niet makkelijk exploderen.

Elk jaar worden er honderden miljoenen oplaadbare lithiumbatterijen gemaakt en verkocht; voor auto’s, computers, telefoons en ga zo maar door. Heel af en toe ontploffen die dingen. Drie luchtvaartmaatschappijen hebben desondanks al aangekondigd geen grote hoeveelheden lithiumbatterijen meer te vervoeren. Oververhitting van de batterijen zou ze explosiegevaarlijk maken, concludeerden de Amerikaanse luchtvaartorganisatie FAA op basis van proeven.
Door met röntgenstraling in de batterij te kijken terwijl die wordt verhit, werd duidelijk wat er gebeurt voorafgaand aan de explosie. “We gebruikten röntgenstraling uit een synchrotron en thermische beeldtechnieken om de veranderingen van de interne structuur en de externe temperatuur van twee typen lithiumionbatterijen vast te leggen, die aan grote hitte werden blootgesteld”, zegt onderzoeker Donal Finegan van het UCL. “We hadden een extreem hogesnelheidstechniek nodig om in beeld te brengen wat er gebeurt als de batterij oververhit raakt en kan ontploffen. We hebben die proef uitgevoerd bij de ID15A-bundel van de ESRF-synchrotron, waar 3d-beelden kunnen gemaakt die fracties van seconden duren, door een hogesnelheidsbeelddetector.” Computertomografie werd voorheen alleen gebruikt bij ‘overleden’ batterijen met statische beelden en om de veranderingen te bekijken in normaal werkende batterijen.
De onderzoekers keken naar gasvorming en -verspreiding, naar de stijging van de temperaturen en de diverse compartimenten in de twee op de markt verkrijgbare lithiumionbatterijen, terwijl die werden blootgesteld aan temperaturen van meer dan 250°C.
De batterij met een inwendig geraamte bleef intact tot het begin van de ontploffing, als het koper in de batterij smelt bij temperaturen van meer dan 1000°C. De hitte verspreidt zich van binnen naar buiten. De batterij zonder inwendig geraamte ontplofte, waardoor de kap van de batterij vloog en het inwendige naar buiten spoot. Voor de ontploffing stortte de dichtgepakte kern al in elkaar, waardoor een groot risico ontstaat van kortsluiting en schade aan naburige objecten. Medeonderzoeker Paul Shearing van het UCL denkt dat de verwoesting die ze zagen gebeuren onder normale omstandigheden niet kan voorkomen. “We moesten heel wat doen om de batterijen zover te krijgen, door ze bloot te stellen  aan omstandigheden die ver buiten het aanbevolen veiligheidsvenster liggen. Hopelijk kan met behulp van deze techniek, de veiligheid van de batterijen worden bekeken en verbeterd.” De onderzoekers willen nu gaan kijken wat er in grotere batterijen gebeurt en welke veranderingen er op microschaal de oorzaak zijn van het in het ongerede raken van de batterijen.

Bron: Science Daily