Разделы

Безопасность Пользователю Стратегия безопасности Техника

Главная проблема литиевых батарей решена. Созданы аккумуляторы, которые не взрываются и не горят

Ученые из Китая и США нашли способ сделать литиевые аккумуляторы безопасными. Они придумали, как предотвращать их возгорание при повреждении или перегреве, что является главной их проблемой. Решение лежало на поверхности, и оно не из разряда научной фантастики – безопасные батареи можно начать производить прямо сейчас.

Второго Galaxy Note 7 не будет

Группа американских и китайских исследователей придумала, как можно сделать литиевые аккумуляторы в разы более безопасными, пишет The Conversation. Это большая проблема таких батарей – из-за них нередко воспламеняются электромобили и мобильные устройства, в особенности смартфоны. Статья, посвященная их разработке, опубликована в научном журнале Nature Sustainability.

CNews освещал несколько случаев воспламенения батарей мобильных устройств, которые приводили к серьезным ожогам, а иногда и к смерти владельца. Но самой яркой (в прямом и переносном смысле) была история смартфона Samsung Galaxy Note 7 – он умел воспламеняться самопроизвольно и сжигал людям машины и даже квартиры.

В команду ученых, заставивших литиевые батареи разучиться взрываться и гореть, вошли Сяньхуэй И (Xianhui Yi), Хунвэй Фу (Hongwei Fu), Аппарао М. Рао (Apparao M. Rao), Инцзяо Чжан (Yingjiao Zhang), Цзян Чжоу (Jiang Zhou), Чэнсинь Ван (Chengxin Wang) и Бинган Лу (Bingan Lu) из американских и китайских вузов. Аппарао М. Рао, например, является профессором Клемсонского университета (США), а Бинган Лу работает в Хунаньском университете (КНР).

Фото: Samsung
Единственное, что могло привести к такому - это возгорание аккумулятора. В данном случае сгорел смартфон Samsung Galaxy S6

В ходе экспериментов они установили, что для разительного повышения безопасности аккумуляторов достаточно лишь заменить горючий электролит, используемый в литиевых АКБ, на специальные материалы, продающиеся почти в любом строительном магазине. Также, по словам ученых, созданный ими электролит имеет физические свойства, аналогичные используемым в настоящее время электролитам, за счет чего его можно без труда интегрировать в существующие линии по производству аккумуляторов. «Если отрасль примет его, мы ожидаем, что компании смогут производить негорючие батареи, используя существующие мощности по производству литий-ионных батарей», – сказали ученые.

Неожиданный донор

Обычно электролит в литиевых АКБ – это среда, состоящая из солей лития и органического растворителя, и такой «коктейль» легко воспламеним. Ученые создали новый электролит, который по своим свойствам не уступает оригинальному, но при этом не горит – они синтезировали его из материалов, которые можно найти в огнетушителях.

Если точнее, то ученые использовали модифицированную жидкость Novec 7300 производства компании 3M, которая действительно используется в огнетушителях. Как именно исследователи модифицировали эту жидкость, они не уточняют, но им нужно было, чтобы она могла функционировать в качестве электролита внутри элемента питания.

Сам себе пожарный

Ученые уточнили, что возникновение огня в батарее с их электролитом все же возможно, например, в случае ее повреждения или перегрева. Однако наружу пламя не выйдет – модифицированная жидкость Novec 7300 потушит его.

Синтезированный электролит имеет очень широкий диапазон рабочей температуры – от -75 до +80 градусов Цельсия. Это означает, что встроенный в АКБ «огнетушитель» сработает и в экстремальные морозы, и во время сильной жары.

Чтобы убедиться, что их идея действительно сработала, ученые провели серию экспериментов, в ходе которых намеренно повреждали аккумуляторы, стараясь вызвать масштабное возгорание. Один из тестов подразумевал забивание настоящего стального гвоздя из нержавеющей стали в предварительно полностью заряженный аккумулятор, имитируя короткое замыкание.

Что будет, если повредить литиевый аккумулятор

Если подобный фокус провести с обычным аккумулятором, к примеру, от смартфона, то снопа искр и огня, который почти невозможно потушить, не избежать. Однако АКБ с электролитом на основе Novec 7300 выдержали испытания – огня не было.

У всего есть причина

Авторы идеи рассказали, почему остановили свой выбор именно на жидкости Novec 7300. По их словам, поначалу они смотрели в сторону различных негорючих химических соединений на основе органики, но в итоге решили не использовать их. Основная причина – такие соединения содержат фтор и фосфор – они, во-первых, дороги сами по себе, что увеличило бы стоимость АКБ и устройств на этих батареях, во-вторых, могут оказывать вредное воздействие на окружающую среду .

Молотком или отверткой? Как компании выбирают между специализированными и универсальными СУБД
Цифровизация

Ученые приняли решение сосредоточиться на адаптации доступных коммерческих охлаждающих жидкостей. В итоге, по их словам, выбор пал на Novec 7300 – она обладает низкой токсичностью, негорюча и не способствует глобальному потеплению. Объединив эту жидкость с несколькими другими химическими веществами, повышающими долговечность, исследователи смогли создать электролит, который обладал искомыми свойствами.

При этом полученный электролит не только не давал батарее воспламениться в случае перегрева или повреждения, но и позволял ей проходить через множество циклов перезарядки без значительной потери емкости.

Искали одно, получили другое

То, что электролит на базе Novec 7300 подходит для литиевых аккумуляторов, ученые обнаружили случайно. Первоначально они хотели улучшить калий-ионные батареи по той причине, что литий – более редкоземельный щелочной металл, нежели калий или натрий. Однако в ходе экспериментов было установлено, что разработка ученых прекрасно подходит для распространенных литий-ионных аккумуляторов.

Но авторы идеи пока не могут с уверенностью сказать, что их электролит сможет одинаково хорошо работать со всеми существующими, а также над находящимися в разработке типами аккумуляторов. Они еще не тестировали его на натриево-ионных, алюминиево-ионных и цинк-ионных АКБ. «Наша цель – разработать практичные, экологически чистые и устойчивые батареи независимо от типа их ионов», – заявили ученые.

Геннадий Ефремов