Российские ученые создали защитный полимерный слой против возгорания литий-ионных аккумуляторов
Ученые СПбГУ разработали тонкий полимерный защитный слой, который предотвращает тепловой разгон литий-ионных аккумуляторов при внутреннем коротком замыкании. В испытаниях технология позволила избежать возгорания даже после прокола батареи.
Источник: Источник: Олег Левин / СПбГУ. Ячейка с защитным слоем после прокола: корпус сохранил целостность, тепловой разгон не возник.
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 15 июля. /ТАСС/. Ученые Санкт-Петербургского государственного университета разработали тонкий полимерный защитный слой, который предотвращает тепловой разгон литий-ионных аккумуляторов при внутреннем коротком замыкании. В испытаниях батарея с такой защитой не загорелась даже после прокола металлическим предметом, тогда как обычный аккумулятор воспламенился через 15 секунд. Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом (РНФ), опубликованы в Journal of Energy Storage, сообщили в пресс-службе фонда.
Литий-ионные аккумуляторы широко используются в смартфонах, ноутбуках, электромобилях, медицинской и промышленной технике. Однако при механическом повреждении, перегреве или образовании литиевых дендритов внутри батареи может возникнуть короткое замыкание, способное привести к быстрому нагреву, возгоранию и даже взрыву.
Исследователи предложили разместить между катодом и алюминиевым токосъемником тонкий полимерный слой. В штатном режиме он практически не влияет на работу аккумулятора, но при резком падении напряжения его сопротивление многократно возрастает. Это замедляет разряд, ограничивает выделение тепла и не позволяет развиться тепловому разгону.
Компьютерное моделирование показало, что полимер перекрывает наиболее быстрый путь прохождения тока и заставляет его перераспределяться внутри катодного материала. Благодаря этому тепло успевает рассеиваться, не достигая критических значений.
Эффективность технологии ученые проверили на промышленных литий-кобальтовых аккумуляторных ячейках. Во время стандартного испытания с проколом стальным гвоздем незащищенная батарея воспламенилась, а температура ее корпуса достигла 350 градусов Цельсия. Аккумулятор с защитным слоем безопасно разряжался почти 15 минут, при этом температура корпуса не превысила 75 градусов, а внутренние элементы сохранили целостность.
По словам руководителя проекта, доктора химических наук, профессора СПбГУ Олега Левина, разработанный слой работает без датчиков и управляющей электроники, реагируя непосредственно на изменение электрического состояния аккумулятора. Следующим этапом станет подбор оптимального материала и толщины защитного слоя для различных типов батарей, чтобы обеспечить максимальную безопасность при минимальном влиянии на их мощность и эффективность.
Литий-ионные аккумуляторы широко используются в смартфонах, ноутбуках, электромобилях, медицинской и промышленной технике. Однако при механическом повреждении, перегреве или образовании литиевых дендритов внутри батареи может возникнуть короткое замыкание, способное привести к быстрому нагреву, возгоранию и даже взрыву.
Исследователи предложили разместить между катодом и алюминиевым токосъемником тонкий полимерный слой. В штатном режиме он практически не влияет на работу аккумулятора, но при резком падении напряжения его сопротивление многократно возрастает. Это замедляет разряд, ограничивает выделение тепла и не позволяет развиться тепловому разгону.
Компьютерное моделирование показало, что полимер перекрывает наиболее быстрый путь прохождения тока и заставляет его перераспределяться внутри катодного материала. Благодаря этому тепло успевает рассеиваться, не достигая критических значений.
Эффективность технологии ученые проверили на промышленных литий-кобальтовых аккумуляторных ячейках. Во время стандартного испытания с проколом стальным гвоздем незащищенная батарея воспламенилась, а температура ее корпуса достигла 350 градусов Цельсия. Аккумулятор с защитным слоем безопасно разряжался почти 15 минут, при этом температура корпуса не превысила 75 градусов, а внутренние элементы сохранили целостность.
По словам руководителя проекта, доктора химических наук, профессора СПбГУ Олега Левина, разработанный слой работает без датчиков и управляющей электроники, реагируя непосредственно на изменение электрического состояния аккумулятора. Следующим этапом станет подбор оптимального материала и толщины защитного слоя для различных типов батарей, чтобы обеспечить максимальную безопасность при минимальном влиянии на их мощность и эффективность.
