МОСКВА, 13 июл – РИА Новости. Ученые Санкт-Петербургского государственного университета разработали полимерную пленку, которая предотвращает возгорание и взрыв литий-ионных аккумуляторов при повреждении. Защитный слой срабатывает при внутреннем коротком замыкании, блокируя самый быстрый путь разряда и снижая выделение тепла и газов. Результаты представлены в Journal of Energy Storage.
Почему аккумуляторы в смартфонах могут взорваться?
Литий-ионные батареи, которые стоят в смартфонах, ноутбуках и пауэрбанках, чувствительны к внешним воздействиям. Жара, перегрев при зарядке, удары и падения могут привести к короткому замыканию внутри ячейки. В этом случае быстро выделяется тепло и образуются газы — при неблагоприятном развитии событий аккумулятор загорается или взрывается.
Для защиты аккумуляторов используется система, управляемая электроникой, однако она может не успеть сработать. Именно для таких случаев, когда внешняя защита бессильна, ученые предложили новое решение.
Что сделали ученые?
Исследователи провели эксперимент: они прокололи аккумуляторные ячейки стальным гвоздем, создав условия короткого замыкания. Обычная ячейка без защиты воспламенялась уже через 15 секунд, температура на корпусе достигала 350°C.
На основе полученных данных ученые разработали внутренний "предохранитель" — полимерную пленку. Она блокирует самый быстрый путь разряда, снижает скорость выделения тепла и газов, а также не дает ячейке перейти к возгоранию даже при механическом повреждении.
Ячейка с защитным слоем после прокола: корпус сохранил целостность, тепловой разгон не возник
© Фото : Олег Левин/СПбГУ
1 из 4
Ячейка без защитного слоя после прокола: тепловой разгон привел к возгоранию и сильному повреждению корпуса
© Фото : Олег Левин/СПбГУ
2 из 4
Ячейка с защитным слоем после разборки: электроды и токосъемники сохранились без разрушительного перегрева
© Фото : Олег Левин/СПбГУ
3 из 4
Ячейка без защитного слоя после разборки: видны обугливание и разрушение внутренних компонентов
© Фото : Олег Левин/СПбГУ
4 из 4
Ячейка с защитным слоем после прокола: корпус сохранил целостность, тепловой разгон не возник
© Фото : Олег Левин/СПбГУ
1 из 4
Ячейка без защитного слоя после прокола: тепловой разгон привел к возгоранию и сильному повреждению корпуса
© Фото : Олег Левин/СПбГУ
2 из 4
Ячейка с защитным слоем после разборки: электроды и токосъемники сохранились без разрушительного перегрева
© Фото : Олег Левин/СПбГУ
3 из 4
Ячейка без защитного слоя после разборки: видны обугливание и разрушение внутренних компонентов
© Фото : Олег Левин/СПбГУ
4 из 4
«
"Разработанный нами защитный слой не требует датчиков, управляющей электроники или внешнего отключения: он реагирует на изменение электрического состояния самой аккумуляторной ячейки. Это важно для внутренних коротких замыканий, потому что они могут развиваться быстрее, чем успевает сработать внешняя система защиты или защитные элементы, откликающиеся на повышение температуры", — пояснил главный научный сотрудник кафедры электрохимии Института химии СПбГУ Олег Левин.
Насколько эффективна новая защита?
Испытания показали: аккумулятор с защитной пленкой при повреждении гвоздем безопасно разряжается за 15 минут и нагревается только до 75°C. Сейчас ученые ищут баланс между безопасностью таких аккумуляторов и их мощностью, особенно при быстрой зарядке с высокими силами тока.
Работа ведется в сотрудничестве с коммерческим партнером и при поддержке Российского научного фонда.