Amerikanske forskere arbejder med at udvikle en mere sikker type af lithium-ion-batterier, der minimerer risikoen for pludselige eksplosioner i mobiltelefoner og computere, der bryder i brand.

I de senere år har der været flere uheldige eksempler på den slags selvantændelse, hvilket har ført til tilbagekald af millionvis af genopladelige batterier. Problemet har derfor haft både store sikkerhedsmæssige og økonomiske konsekvenser.

I en artikel i Chemical & Engineering News vurderes det, at omfanget af fejlbehæftede batterier er meget lille – kun et for mellem en og ti millioner batterier.

Et problem er dog, at ingen stadig er fuldstændig sikker på, hvad der kan være årsagen. Mest sandsynlig er dog urenheder, som kan føre til kortslutning.

Svært at finde årsagen
Når fejlen er vanskelig præcist at bestemme, skyldes det dels, at antallet af fejl er så lille, dels at alle batterier har passeret mange test, før de forlader fabrikken. Et batteri, der har været i brand eller er eksploderet, efterlader kun sjældent nok batterimateriale, til at det kan undersøges.

Kemiprofessor M. Stanley Whittingham fra State University of New York skønner, at fejlen skyldes meget små metalpartikler i nærheden af den ultratynde membran, der giver elektrisk adskillelse batteriets katode og anode.

Ifølge Sony, som er en de største producenter af lithium-ion-batterier, kan sådanne mikroskopiske partikler finde vej inde i cellen under fremstillingen af batterihuset. Der er naturligvis taget skridt til at minimere problemet, men det er ikke fuldstændigt elimineret.

Elektroder kortslutter
Under brug og genopladning passerer lithiumioner gennem membranen fra den ene elektrode til den anden, hvorimod elektroner passerer gennem et ydre kredsløb.

Hvis en metalpartikel gennemborer membranen, kan elektroderne komme i direkte kontakt med hinanden. Kortslutningen fører til meget hurtigt afladning og en voldsom varmeproduktion.

I forbindelse med overophedning kan katoderne i mange lithium-ion-batterier, som ofte er fremstilet af et metaloxid som eksempelvis LiCoO2, frigive ilt, som kan accelerere forbrændingen af brandbare elektrolytter eller andre batterimaterialer.

Mere sikre katoder og anoder
For at undgå denne situation forskes der hos bl.a. Illinois Institute of Technology i Chicago og Argonne National Laboratory under det amerikanske energiministerium i udvikling af batterier med en LiMn2O4-katode, som minimerer frigivelse af ilt, og en anode af lithium-titanat (Li4Ti5O12).

Baseret på de første forskningsresultater mener Ilias Belharouak fra Argonne National Laboratory, at et sådant batteri kan vise sig at være den meste sikre type af lithium-ion-batterier.

I dag bruges først og fremmest kulstofbaserede anoder (LiC6). I denne type batteri reagerer elektrolytten med anodematerialet og danner et lag, der er af afgørende betydning for batteriets ydeevne.

Ved temperaturer over 70 grader Celcius vil dette lag dekomponeres og gendannes løbende. Den proces er med at til at øge temperaturen yderligere og kan sætte gang i en eksplosiv kædereaktion.

Omkring lithium-titanat-anoden findes denne kemiske reaktion ikke, fremhæver Naoki Ota fra Enerdel i USA, som fremstiller batterier til el-biler.