Пожаробезопасная конструкция литий-ионного аккумулятора выдерживает прокол ногтем и предотвращает тепловой удар
Традиционные литий-ионные батареи, которыми питается широкий спектр электронных устройств - от автомобилей до смарт-часов, - представляют собой значительный риск возгорания. При повреждении, перезарядке или неисправности они могут подвергнуться тепловому разряду - опасному событию, при котором внутренние компоненты разрушаются и выделяют сильное тепло. В типичном аккумуляторе это может вызвать скачок температуры более чем на 500 °C, что приводит к пожарам и взрывам.
Теперь команда исследователей из Китая, в основном из Китайского университета Гонконга, разработала новую конструкцию батареи, которая снижает этот риск. В своем исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда подробно описала новую конструкцию и результаты испытаний. При протыкании гвоздем температура литий-ионного аккумулятора, изготовленного с использованием этой конструкции, повышалась примерно на 3,5 °C и оставалась стабильной. Что касается батареи с обычным электролитом, то в этом случае был зафиксирован скачок температуры на 555,2 °C, взрыв и возгорание.
Команда смогла совершить этот прорыв только после того, как определила виновника - ассоциацию ионов. В обычных батареях то, как ионы лития и отрицательные ионы группируются вместе в электролите, способствует образованию защитного слоя, называемого межфазой твердого электролита (SEI), который жизненно важен для длительного срока службы. Однако исследователи обнаружили, что это же объединение ионов также снижает температуру, при которой начинается тепловой разряд, примерно на 94 °C, что делает батарею гораздо менее безопасной.
Чтобы решить эту проблему, команда разработала так называемую "стратегию растворителя-реле" Они разработали новый электролит, который ведет себя по-разному при разных температурах. При комнатной температуре он способствует ассоциации ионов, необходимой для хорошего формирования SEI. Но при повышенных температурах - например, при повреждении - в дело вступает специфический растворитель под названием бис(фторсульфонил)имид лития, который соединяется с литием и способствует диссоциации ионов. Это действие препятствует образованию опасных анионных связей, которые в противном случае привели бы к выделению тепла.
Конструкция оказалась безопасной и долговечной. Ячейки, созданные с использованием новой стратегии, также продемонстрировали исключительный срок службы, сохранив около 81,9% своей емкости после 1 000 циклов.
Источник(и)
Энергия природы через Tech Xplore
