Усовершенствованную литий-ионную батарею можно пробить, не загоревшись

Замена хотя бы одного материала, используемого в литий-ионных батареях, может предотвратить неконтролируемые пожары, которые возникают, если их проткнуть или погнуть, а массовое производство этих более безопасных батарей может начаться в ближайшие несколько лет.

Литий-ионный батарейки используемые в смартфонах, ноутбуках и электромобилях, имеют графитовый электрод, электрод из оксида металла и электролит из соли лития, растворенной в растворителе. Жидкий электролит позволяет ионам течь в одном направлении для зарядки аккумулятора и в другом направлении для высвобождения энергии и питания устройств.

Но если эту конструкцию проткнуть таким образом, что произойдет короткое замыкание, вся запасенная внутри химическая энергия быстро высвободится, что может вызвать пожар или даже взрыв.

Исследователи разработали альтернативные конструкции батарей для предотвращения таких пожаров, включая защитные гели и даже твердые заменители жидкого электролита. Сейчас, Юэ Сун из Китайского университета Гонконга и ее коллеги создали безопасную конструкцию, которая может быть построена точно так же, как существующие батареи, благодаря изменению материала электролита.

Пожары возникают, когда отрицательно заряженные ионы, называемые анионами, разрывают свои связи с литием в аккумуляторе. Когда связи разрываются, они выделяют больше тепла и поддерживают разрушительный цикл в процессе, называемом тепловым выходом из-под контроля.

Чтобы обойти эту проблему, исследователи создали второй растворитель под названием бис(фторсульфонил)имид лития, который связывается с литием из существующего растворителя только при более высоких температурах, когда начинается термический выход из-под контроля. В отличие от обычного растворителя, в этом новом материале не могут существовать анионные связи и, следовательно, он не может создавать порочный круг выделения тепла. При протыкании гвоздем температура внутри аккумулятора поднималась всего на 3,5°С, тогда как обычные аккумуляторы могут нагреваться более чем на 500°С.

«Плохой парень — это анион, у которого много энергии связей, и именно разрыв этих связей вызывает тепловой неуправляемый эффект», — говорит Гэри Лик в Университете Бирмингема, Великобритания. “Это изолирует плохого парня от этого процесса. Это большой скачок с точки зрения безопасности аккумуляторов”.

В ходе испытаний батареи, в которых использовался новый растворитель, сохранили 82 процента своей емкости в течение 4100 часов использования, а это означает, что они могут конкурировать с современными технологиями.

Лик говорит, что результаты могут быть использованы в батареях следующего поколения, а затем через три-пять лет начнут массовое производство.