Физики разработали полимер, который позволяет со 100% вероятностью предотвратить возгорание и взрыв аккумуляторов. Авторы предложили тонким слоем наносить материал между активными компонентами батареи. Полимер, в обычных условиях проводящий электричество, в случае скачка напряжения перестает проводить ток. Благодаря такой технологии аккумуляторы, использующиеся в смартфонах и электромобилях, станут безопаснее, поскольку не смогут перегреться и воспламениться. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале ACS Applied Energy Materials.
В мобильных телефонах, компьютерах, электромобилях и многих других устройствах используются литий-ионные аккумуляторы. Они состоят из двух электродов — элементов, проводящих электрический ток, — положительно заряженного катода и отрицательно заряженного анода. Катод представляет собой смесь оксида лития и переходных металлов, нанесенных на алюминиевую фольгу, а анод — слой углерода на медной фольге. Между электродами располагается тонкий разделительный слой, пропитанный электролитом — смесью органических растворителей и солей. Если из-за короткого замыкания или механического воздествия этот слой повреждается, материалы внутри батареи начинают реагировать друг с другом и разлагаться. При этом аккумулятор за секунды нагревается почти до 600°С. В России в месяц происходит около 10 случаев возгорания или взрывов аккумуляторов смартфонов, и ни один производитель не гарантирует, что замыкания не произойдет, и поэтому аккумулятору нужна защита от возгорания.
Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) разработали полимер, способный предотвратить возгорание аккумулятора при замыкании. Материал состоит из органических молекул, в которые «встроены» атомы лития. В обычных условиях такой полимер проводит электрический ток, но при окислении или восстановлении переходит в другое химическое состояние и теряет эту способность. Авторы нанесли тонкий слой соединения между слоями алюминиевой фольги и катодным веществом (смеси оксида лития и переходных металлов).
Когда обычный аккумулятор испытывает слишком высокое напряжение, например при неправильной зарядке, он может вздуться, разрушиться и даже загореться В новом аккумуляторе — с нанесенным слоем полимера — в таком случае цепь сразу размыкается, поскольку полимер перестает проводить ток. То же самое происходит при коротком замыкании. Это значит, что риски возгорания и взрыва полностью исключаются.
Ученые экспериментально проверили разработку на аккумуляторах-монетах — маленьких батареях размером с монету, которые используются в умных часах. Исследование показало, что, если напряжение было слишком низким или слишком высоким, чем рекомендовано производителем, защита срабатывала со 100% эффективностью.
«Испытания показали, что при абсолютной эффективности полимерный слой практически не влияет на емкость и производительность аккумулятора, снижая их не более чем на 10%. В дальнейшем мы испытаем предложенную технологию на более крупных батареях, например тех, что используются в телефонах. Затем будем работать над масштабтированием производства», — рассказал исполнитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Олег Левин, доктор химических наук, профессор кафедры электрохимии Санкт-Петербургского государственного университета.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
