FFI – Forsvarets forskningsinstitutt: #17: Derfor steker forskerne batterier

I dette forsøket overladet forskerne en Li-ioncelle til den tok fyr. Overlading innebærer å utsette cellen for en langt høyere ladespenning enn det den er designet for. Foto: FFI​

Nå om dagen går «alle» rundt med et litium-ion batteri i lomma. Forsker Helge Weydahl jobber for å gjøre dem tryggere.

​Se for deg at du sitter på et fly og du våkner av at hodetelefonene dine begynner å smelte. Eller at det begynner å ryke av laptopen på fanget ditt. Listen over registrerte uhell med litium batterier på flyplasser og andre steder er lang.

I 2016 valgte Samsung å tilbakekalle en million eksemplarer av Samsung Galaxy Note 7 etter en rekke hendelser med overoppheting og røykutvikling. Årsaken var en produksjonsfeil som førte til kortslutning i batteriet.

I siste utgave av FFIs podcast Ugradert kan du høre Helge Weydahl prate om batteriteknologi og sikkerhet.

Hvorfor skjer det uhell med slike batterier? Hvilke faremomenter har Li-ionbatterier sammenlignet med andre?

 Forskjellen er blant annet at Li-ionbatterier har en brennbar elektrolytt (ledende væske), mens tradisjonelle batterier bruker en vannbasert elektrolytt, forklarer FFI-forsker Helge Weydahl.

Dessuten frigjør de fleste Li-ionbatterier oksygen internt hvis de blir kraftig overopphetet. Da kan de brenne selv uten tilgang til luft.

Weydahl er sekretær for Norsk forum for batterisikkerhet. De jobber for å dele kunnskap om batterisikkerhet, og holde seg oppdatert på de siste uhellene med batterier. Blant medlemmene er Statoil, Kripos og Forsvaret.

Spiddet og stekt batteri

Weydahl og kollegene har gjennom årene gjennomført en rekke forsøk for å teste hvordan ulike battericeller reagerer under ekstreme forhold. En av metodene som blir brukt av enkelte batteriprodusenter for å demonstrere sikkerheten til batteriet, er å spidde det med en metallstang.

 Hvorfor et slikt eksperiment? Det er da ikke vanlig å spidde batterier med jernstenger?

 Nei, vanlig er det ikke, og det er heller ikke en metode vi foretrekker å bruke siden den gir så varierende resultater. Men du vet aldri hva som kan skje. Ett av de registrerte uhellene med Tesla skjedde da noen kjørte på en metallstang, som smalt opp og inn i batteriet slik at det tok fyr.

For sikkerhetstesting av Li-ionbatterier bruker forskerne vanligvis oppvarming eller overlading.

Ett eksempel kan du se på denne videoen.

I dette forsøket overladet forskerne en Li-ioncelle til den tok fyr. Overlading innebærer å utsette cellen for en langt høyere ladespenning enn det den er designet for. I virkeligheten forhindres slike situasjoner av ladeelektronikk og andre sikkerhetsmekanismer i batteriet. Filmen viser et eksempel på hva som kan skje om alt dette feiler.

 FFI har også varmet opp batterier for å måle hvor mye og hva slags gass som slippes ut.

 Men hvorfor forsker FFI på batterier? Tester ikke produsentene batterier grundig nok?

 De fleste produsenter gjør grundige og gode tester, men ikke alle. Hvis vi skal bruke et batteri i en ubåt må vi gjøre egne tester for å være på den sikre siden. I Forsvaret kan det dessuten hende at vi skal finne nye bruksområder for batterier, eller sette sammen battericeller på nye måter. Da FFI utviklet batteriet til den ubemannede undervannsfarkosten Hugin måtte vi teste at sikkerhetsmekanismene vi hadde lagt inn fungerte, sier Weydahl.

Akkurat nå jobber han med å måle hvor mye gass som slipper ut fra Li-ionbatterier hvis de blir for varme. Den kunnskapen er viktig å ha når slike batterier skal brukes i skip.

Li-ionbatterier kan være aktuelle for de nye ubåtene Norge skal kjøpe. Her er FFI med på å utrede og teste.

I denne videoen fra 2007 kan du lære mer om FFIs batteriforskning og hva slags eksperimenter Weydahl og kollegene driver med.