Літій-іонні акумулятори отримали вбудований “вогнегасник”

Літій-іонні акумулятори

Літій-іонні акумулятори, які є “рушійною силою” практично всіх мобільних телефонів, планшетних комп’ютерів і електричних автомобілів, мають свої слабкості.

Головним їх недоліком є висока ймовірність загоряння в разі самонагрівання батареї до високої температури. Наочними прикладами того є недавні гучні випадки із загорянням телефонів Samsung Galaxy Note 7, китайських електричних ховерборд і навіть роботів. Заміна рідких горючих електролітів твердими негорючими і використання спеціалізованих чіпів-контролерів є частковими заходами, що дозволяють вирішити дану проблему. А дослідники зі Стенфордського університету знайшли ще одне елегантне рішення – впровадження в батарею власного “вогнегасника”, спеціального вогнезахисного складу, який спрацьовує при підвищенні температури вище критичної точки.

Впровадження стримуючих загоряння технологій в акумуляторні батареї розглядається вченими вже досить давно. Було розроблено ряд рішень, починаючи від простих полімерних мембран, встановлених між катодом і анодом, до більш складних, які полягають у використанні композитних або керамічних матеріалів. Однак, більшість з цих рішень знижувало електричні характеристики батареї і не гарантувало повного позбавлення від ризику самозаймання.

Рішення, знайдене стенфордскимі вченими, полягає у впровадженні в батарею складу TPP (фосфат Трифену, triphenyl phosphate), який укладено в оболонку з полімерних мікроволокон. Якщо батарея працює в нормальному режимі, то полімерна оболонка не допускає проникнення складу TPP в електроліт. Але якщо температура підвищується вище 160 градусів Цельсія, то полімер оболонки плавиться і випускає в електроліт TPP, який є хімічним сповільнювачем і який перешкоджає процесу загоряння. З першого погляду може здатися, що 160 градусів – це досить висока температура. Однак, при такій температурі звичайний літієвий електроліт тільки починає підходити до точки “неповернення”, після якої відбуваються незворотні процеси і починається загоряння.

Такий метод був випробуваний на невеликих акумуляторних батареях різного типу з жорсткими корпусами. Дослідники встановили, що матеріал TPP вельми ефективно перешкоджає загорянню або швидко гасить полум’я, якщо спалах все ж відбувається. Подальші дослідження в даному напрямку дозволять оснастити власним “вогнегасником” і більші акумуляторні батареї, включаючи батареї з м’яким полімерним покриттям, тільки вченим ще належить з’ясувати, як на це все будуть впливати механічні дії, наприклад, прикладена до акумулятора ззовні тиск, який може зруйнувати оболонки полімерних мікроволокон.