Новые литий-ионные батареи не
будут возгораться
При перегреве специальное покрытие заблокирует прохождение тока и выключит
батарею
Митч Якоби, Chemical & Engineering News, 13 января 2016
Новый композитный материал, покрывающий электроды литий-ионной батареи, защитит ее от возгорания
при перегреве или коротком замыкании. О материале, который поможет создавать более безопасные литийионные батареи, рассказали ученые Стэнфордского университета в дебютном выпуске журнала Nature Energy
(2016, DOI:10.1038/nenergy.2015.9).
Литий-ионные батареи, которые используются в смартфонах, электромобилях и скутерах, воспламеняются
редко. По словам экспертов на 10 миллионов батарей приходится менее одного возгорания, не считая
испытаний в экстремальных условиях. Тем не менее, литий-ионные батареи используются так широко и
накапливают так много энергии, что ученые все же стремятся предотвратить и эти маловероятные
неприятности, придумывая все более надежные средства обеспечения безопасности.
Некоторые из этих средств, уже применяемых или находящихся в стадии разработки, основаны на
использовании тонких слоев защитных материалов внутри батареи, которые изменяют свои свойства при
повышении температуры. Изменение структуры материала или других его свойств ведет к блокировке
прохождения тока и тем самым позволяет батарее безопасно остыть. Другие способы защиты основаны на
модификации раствора электролита в батарее при помощи добавления химических веществ, сдерживающих
реакцию горения.
Но эти защитные материалы и вещества имеют свойство вызывать необратимые изменения: как только они
активируются, батарея становится непригодной для использования. Или материалы не достаточно
эффективны, так как они слишком медленно реагируют на изменения температуры или работают только в
узком диапазоне напряжений.
Так команда, возглавляемая стэндфордскими учеными Йи Кю (Yi Cui) и Женан Бао (Zhenan Bao), разработала
быстродействующий термочувствительный материал и использовала его для покрытия электродов литийионной батареи. Этот материал является композитным. Он составлен из полиэтилена и стержнеобразных
микрочастиц никеля, покрытых графеном для повышения их электрохимической стабильности.
Изначально материал имеет высокую теплопроводность при комнатной температуре. Но при достижении
критической температуры в течение одной секунды полимер разбухает, раздвигая стержнеобразные частицы.
Это изменение приводит к тому, что электропроводность батареи падает на 7-8 единиц и устройство
мгновенно отключается.
По сравнению с другими материалами, изучаемыми в качестве предохранителей, стэндфордский композит в
1000 раз более чувствителен к изменениям температуры. К тому же, в отличие от других предохранительных
материалов, новый композит, как и сама батарея, восстанавливает свою нормальную работу, когда батарея
остывает.
В сопроводительном комментарии в Nature Energy специалист по безопасности батарей из Аргоннской
национальной лаборатории Халил Амин (Khalil Amine) отмечает, что "такой подход обеспечивает надежность,
быстрый отклик и обратимость процессов без ущерба для производительности батареи – сочетание, которое
было трудно достичь старыми методами".
Он отмечает, однако, что команда разработала стратегию безопасности только для маленьких батарей
монетного типа. В больших, толстых батареях, как те, что используются в электромобилях, распространение
тепла может быть недостаточно быстрым для мгновенного срабатывания предохранительного материала и
выключения батареи. Так что необходимы дальнейшие исследования.
Тем не менее, Халил Амин отмечает, что создание таких материалов "открывает перспективный путь
решения давних проблем безопасности батарей с высокой плотностью энергии".
Оригинал: http://www.scientificamerican.com/article/new-lithium-ion-battery-will-not-burst-into-flames/
Отзывы:
Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв