Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы используются для питания всего, от умных часов до электромобилей, благодаря большому количеству энергии, которую они могут накапливать в небольших помещениях. Однако при перегреве они могут загореться или даже взорваться. Но недавнее исследование, опубликованное в ACS' Нанобуквы предлагает возможное решение с помощью новой технологии, которая может быстро тормозить литий-ионный аккумулятор, отключая его, когда он становится слишком горячим.
Химический состав многих батарей, по сути, одинаков: электроны передаются через электронное устройство по цепи от одного электрода в батарее к другому. Но в литий-ионном элементе жидкость-электролит, разделяющая эти электроды, может испаряться при перегреве, вызывая короткое замыкание. В некоторых случаях короткое замыкание может привести к тепловому выбросу - процессу, при котором элемент неконтролируемо нагревается. Когда несколько литий-ионных элементов соединены вместе - например, в электромобилях - тепловое излучение может распространяться от одного устройства к другому, что приводит к очень крупному пожару, с которым трудно бороться. Чтобы предотвратить это, некоторые батареи теперь имеют отказоустойчивые функции, такие как внешние вентиляционные отверстия, датчики температуры или огнезащитные электролиты. Но эти меры часто либо срабатывают слишком поздно, либо вредят производительности. Итак, Япей Ван, Кай Лю и коллеги хотели создать литий-ионный аккумулятор, который мог бы быстро отключаться, но при этом работать так же хорошо, как и существующие технологии.
Исследователи использовали термочувствительный полимер с памятью формы, покрытый проводящим медным напылением, чтобы создать материал, который большую часть времени пропускал бы электроны, но при чрезмерном нагревании превращался бы в изолятор. При температуре около 197 градусов по Фаренгейту появился микроскопический 3D-узор, запрограммированный в полимере, разрушающий слой меди и останавливающий поток электронов. Это навсегда отключило камеру, но предотвратило потенциальный пожар. Однако при такой температуре традиционные ячейки продолжали работать, подвергая их риску теплового выброса, если они снова нагреются. При обычных рабочих температурах батарея с новым полимером сохраняла высокую проводимость, низкое удельное сопротивление и срок службы, аналогичный циклическому использованию традиционного элемента питания. Исследователи говорят, что эта технология может сделать литий-ионные аккумуляторы более безопасными без необходимости жертвовать их производительностью.
Авторы признают финансирование со стороны Национального фонда естественных наук Китая, Объединенного института зеленой химической инженерии Университета Цинхуа и Китайской нефтехимической корпорации и Специального инновационного фонда Цинхуа-Фошань.
Комментарии