17 ноября 2022, 21:00

Слой из полимера защитит аккумуляторы от самовозгорания

Российские ученые разработали новый тип защитного слоя для литий-ионных батарей, который снижает тепловыделение при аварийном режиме работы и тем самым препятствует взрыву аккумулятора. Инновационная разработка позволит снизить риски самовозгораний электроники, а также травм и аварий в быту и на производствах.

Слой из полимера защитит аккумуляторы от самовозгорания
Электроды, извлеченные из защищенного аккумулятора после короткого замыкания. Видна полная сохранность всех компонентов
Источник: Олег Левин

Литий-ионные батареи используются везде: от смартфонов и ноутбуков до электромобилей. Однако их безопасность вызывает вопросы: в них сочетаются активные окислители, восстановители и органические электролиты. Такое соседство может приводить к возгоранию и взрыву, а это, в свою очередь, — к травмам различной степени тяжести. Таким образом, разработка новых методов защиты от возгораний является важнейшим шагом на пути к созданию полностью безопасных батарей.

Как правило, возгорания происходят из-за теплового разгона батареи — резкого повышения температуры аккумулятора в аварийных режимах работы. Инициатором могут быть такие нежелательные явления, как перезаряд — состояние, когда аккумулятор имеет напряжение, превышающее предельное значение, — и переразряд, когда аккумулятор имеет напряжение ниже минимума. Перезаряд чаще всего происходит из-за неисправности зарядных устройств; с ним, например, связаны почти все известные случаи возгорания техники, находящейся на зарядке. Переразряд может вызываться неисправностью электронных схем устройства. Оба этих явления ведут к короткому замыканию внутри аккумулятора. Короткие замыкания могут возникать также из-за механического повреждения батареи и даже в обычных условиях, без какого-либо явного повода, — из-за дефектов сборки или ошибок проектирования аккумуляторов.

Группа ученых из Института химии Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) синтезировала полимер поли[Ni(CH3 OSalen)], который чувствителен к температуре и напряжению, благодаря чему может быть успешно применен в качестве защитного покрытия литий-ионных аккумуляторов. Предложенный механизм основан на способности полимера переключаться между двумя фазами — проводящей и изолирующей — при переразряде или резком скачке температуры.

Во время исследования ученые провели ряд экспериментов, которые доказали возможность практического использования такого эффекта. Полимер при нанесении на аккумуляторы практически не влияет на их заряд или разряд при нормальных условиях, но ситуация резко меняется, если возникает короткое замыкание. Ученые показали, что полимер обеспечивает снижение тока, что вызвано падением проводимости защитного слоя. Такое явление ведет к медленному разряду без заметного повреждения материала электрода или разогрева.

«Наша концепция защиты от короткого замыкания может быть применена ко многим видам электродных материалов, использующихся в самых различных устройствах — от телефонов до мощных промышленных аккумуляторов. Выбор полимера ограничивается только его электрическими свойствами. Разработка таких материалов может значительно улучшить защиту от короткого замыкания для элементов с высоковольтными материалами, например, в электромобилях. Сейчас наши полимеры заинтересовали одного из крупных производителей аккумуляторов, и мы рассчитываем на внедрение технологии в реальное производство. В дальнейшем планируем сделать процесс нанесения полимера более дешевым и технологичным, подобрать защитные слои под различные типы аккумуляторов», — рассказывает Олег Левин, доктор химических наук, руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, профессор кафедры электрохимии Института химии СПБГУ.

Источник:  Пресс-служба РНФ

Профили учёных из новости

Публикации из новости

Читайте также

Допирование цинком придало костному цементу антибактериальный эффект
Ученые разработали магний-кальций фосфатный костный цемент, допированный цинком, подавляющий рост патогенных бактерий золотистого стафилококка и кишечной палочки, а также выдерживающий нагрузки до 500 килограмм на квадратный сантиметр. Полученный материал может использоваться в реконструктивно-восстановительной хирургии в качестве импортозамещаемых медицинских изделий для восстановления участков разрушенной из-за травм или болезней костной ткани
"Умные" материалы
Биоматериалы
Материаловедение
28 августа 2023
Покрытие с наностолбиками защитит силиконовые импланты от бактерий
Ученые из МФТИ, Института биохимии и генетики УФИЦ РАН и Тамбовского государственного технического университета разработали покрытия, которые обезопасят от микробного загрязнения импланты, вживляемые в человеческий организм.
"Умные" материалы
Материаловедение
Нанотехнологии
23 августа 2023
«Растянутые гармошки» помогут увеличить емкость энергонакопителей
Внедрение в гармошкообразные наночастицы молекул растворителя обеспечило более равномерное распределение проводящего наполнителя в композите. В результате тот сможет не только накапливать больше энергии, но и станет чувствительнее к внешнему электрическому полю
Композиты
Материаловедение
Нанотехнологии
Электроника
22 мая 2023
Физики описали механизм взаимодействия сверхпроводимости и магнетизма
Обычно эти два явления антагонистичны и ухудшают характеристики друг друга, однако авторы смогли наблюдать их взаимоусиление
Магнетизм
Материаловедение
Сверхпроводимость
Электроника
17 апреля 2023
Создан новый чувствительный к температуре молекулярный магнит на основе кобальта
При определенной температуре органические цепочки комплекса металла изменяют свою структуру, что позволяет тонко настроить его магнитные свойства. Такое свойство полезно при создании новейших устройств хранения памяти
"Умные" материалы
Магнетизм
Материаловедение
14 февраля 2023
Медная добавка сделала "умные" материалы для имплантатов эластичнее
Это значит, что на их основе можно будет создавать более сложные формы и даже подправлять их прямо во время операции
"Умные" материалы
Материаловедение
Медицина
20 января 2023