Назван способ сделать более безопасными литиевые батареи: одно небольшое изменение

Исследователи выяснили возможность уменьшить количество возгораний литийионных аккумуляторов

Исследователи утверждают, что одно небольшое изменение в конструкции аккумуляторов может уменьшить количество возгораний. Литийионные аккумуляторы используются в разных сферах – от смартфонов до автомобилей, и, хотя они, как правило, очень безопасны при правильном хранении и зарядке, зафиксированы тысячи случаев их возгорания, иногда даже со смертельными последствиями.

тестовый баннер под заглавное изображение

Литийионные аккумуляторы содержат легковоспламеняющиеся электролиты — жидкие растворы солей лития, растворенных в органических растворителях, которые обеспечивают передачу электрического заряда, объясняется в материале канала CNN. Аккумуляторы могут стать нестабильными при определенных условиях или физических повреждениях (например, прокол, экстремальные температуры или производственные дефекты). Когда что-то идет не так, батарея может очень быстро нагреться и воспламениться, вызывая опасную цепную реакцию, называемую “тепловым выбросом”.

Пассажирская авиация особенно подвержена этой проблеме из-за того, насколько широко распространены в самолетах устройства с батарейным питанием и насколько опасным может быть пожар в салоне или грузовом отсеке, отмечает CNN. В США Федеральное управление гражданской авиации (FAA) уже давно запретило провозить запасные литийионные аккумуляторы в зарегистрированном багаже и требует, чтобы все батареи, проносимые в салон самолета, оставались доступными. Агентство зарегистрировало 89 инцидентов с нанесением повреждений, связанных с задымлением, пожаром или высокой температурой, на пассажирских и грузовых самолетах в 2024 году и 38 в первой половине 2025 года.

Эти инциденты могут привести к полной гибели воздушного судна, как, например, Airbus A321, который был уничтожен пламенем в январе в Пусане, Южная Корея. По мнению следователей, причиной пожара, скорее всего, стал аккумулятор, хранящийся в багажном отделении над головой, что привело к тому, что некоторые авиакомпании запретили использование этих устройств.

Но риски, связанные с перегревом, распространяются и на земле, особенно уязвимы к возгоранию аккумуляторы электровелосипедов или электросамокатов, а также на предприятия всех видов: опрос, проведенный страховой компанией Aviva в 2024 году среди более чем 500 британских компаний, показал, что чуть более половины из них столкнулись с инцидентами, связанными с литийионными батареями (искрение, пожары и взрывы).

Исследователи по всему миру работают над решением этой проблемы путем разработки более безопасных аккумуляторов, например, путем замены жидкого электролита на более огнестойкий твердый или гелевый. Однако такие решения требуют значительных изменений в существующих производственных линиях, что является препятствием для широкого внедрения, подчеркивает CNN.

Теперь группа исследователей из Китайского университета Гонконга предложила изменить конструкцию литий-ионных аккумуляторов. Эти изменения, отмечает CNN, могли бы быстро внедриться в современные методы производства, поскольку они просто включают замену химических веществ в существующем растворе электролита.

Этот метод был подробно описан ранее в этом году в исследовании, проведенном под руководством Юэ Сунь, ныне аспирантки Технологического института Вирджинии: “Я думаю, что людям труднее всего осознать, что, когда вы пытаетесь оптимизировать производительность батарей, иногда вы ставите под угрозу безопасность”, — сказала она, объяснив, что повышение производительности требует особого подхода к сосредоточению внимания на химических реакциях, протекающих при комнатной температуре, в то время как повышение безопасности сосредоточено на реакциях, протекающих при высоких температурах.

“Поэтому, – объясняет она, – нам пришла в голову идея выйти за рамки этого компромисса, разработав термочувствительный материал, который может обеспечить хорошие эксплуатационные характеристики при комнатной температуре, но также может обеспечить и хорошую стабильность при высоких температурах”.

Возгорание батареи обычно начинается, когда часть электролита разрушается под воздействием напряжения и в результате цепной реакции выделяется тепло. В разработке Юэ Сунь и ее коллег используется новый электролит, в состав которого входят два растворителя, чтобы остановить эту цепную реакцию.

При комнатной температуре первый растворитель сохраняет химическую структуру батареи плотной, оптимизируя ее работу, но если батарея начинает нагреваться, второй растворитель вступает в действие и предотвращает возгорание, разрыхляя структуру и замедляя реакции, которые могут привести к тепловому выбросу.

В ходе лабораторных испытаний температура батареи с такой новой конструкцией, которую проткнули гвоздем, повысилась всего на 3,5°C, вместо 555°C, которые наблюдались при использовании традиционной батареи. Исследователи утверждают, что это не оказывает негативного влияния на производительность или долговечность аккумулятора, и он сохранил более 80% своей емкости после 1000 циклов зарядки.

“Поскольку нашим изобретением является электролит, его можно легко внедрить в коммерчески доступные системы — по сути, вы просто заменяете новый электролит”, — рассказывает Йи-Чун Лу, профессор механики и автоматизации в Китайском университете Гонконга и один из авторов исследования.

“В процессе производства наиболее сложным аспектом являются электроды, или твердая часть. Но электролит, который мы заменяем, является жидким, поэтому вы можете напрямую вводить его в ячейку без какого-либо нового оборудования или технологического процесса”, — добавляет Лу.

Новый химический состав немного увеличивает стоимость производства аккумуляторов, но Лу подчеркивает, что при больших масштабах цена будет “на очень близком уровне” к нынешним батареям. Исследователи заинтересованы в коммерческом развитии этой идеи и в настоящее время ведут переговоры с производителями аккумуляторов о выводе разработки на рынок, что, по словам Лу, может занять от трех до пяти лет.

В ходе тестов исследователи создали батарею, достаточную для питания планшета, но Лу предупреждает, что требуется дополнительная “проверка”, чтобы масштабировать конструкцию до размеров, требуемых, например, для автомобилей.

Исследователи в области безопасности литиевых батарей, которые не принимали участия в исследовании, положительно отозвались об этой работе.

Источник: www.mk.ru