Химический предохранитель. Российские ученые придумали как защитить литий-ионные аккумуляторы от возгорания

Санкт-Петербург, 4 мар - ИА Neftegaz.RU. Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета разработали технологию, которая позволит защитить литий-ионные аккумуляторы от возгорания.

Об этом сообщила пресс-служба СПбГУ.

Исследование было поддержано грантом РНФ 19-19-00175.

Результаты опубликованы в Journal of Power Sources.

Ученые предлагают использовать для покрытия токоотвода батарей «химический предохранитель» - специальный защитный слой из проводящего полимера.

Если происходит нештатная ситуация, слой разрывает электрическую цепь, спасая устройство от возгорания.

Обычный аккумулятор в нештатной ситуации вздувается из-за выделения газов, а защищенный - остается плоским.

Руководитель группы ученых, профессор кафедры электрохимии СПбГУ О. Левин печально сообщил:

• возгорание литий-ионных аккумуляторов - распространенная проблема, с которой сталкиваются владельцы самых разных устройств (в т.ч. смартфонов, электрокаров).
• в 2013 - 2018 гг. только в США было зафиксировано 25 000 случаев возгорания батарей в различных устройствах.
• в 1999 - 2013 гг. было только 1013 случаев.
• логично, что число пожаров возрастает вместе с ростом количества использующихся аккумуляторов.

Пояснения О. Левина:

Новый полимер:

• электропроводность полимера меняется в зависимости от напряжения в аккумуляторе;
• если батарея работает в штатном режиме - полимер прекрасно проводит ток;
• если аккумулятор заряжается слишком сильно, полимер становится почти изолятором;
• аналогичным образом он действует, если происходит короткое замыкание, и напряжение в батарее падает ниже номинальных пределов

• проблема этой технологии, которую пытались внедрить в тч на петербургских предприятиях, заключается в том, что, если этот полимер срабатывает - значит, батарея уже начала нагреваться и в ней идут нежелательные процессы, которые не всегда можно остановить, просто разомкнув цепь;
• поэтому такой способ защиты нельзя назвать эффективным;
• но подобные разработки стали толчком к поиску полимера, который меняет свое сопротивление еще до того, как батарея начала нагреваться.

Работа над созданием технологии с соавторами заняла около 2^х лет:

• аспирант кафедры электрохимии Е. Белецкий имел опыт разработки реальных систем защиты аккумуляторов и участвовал в экспериментальной части работы над полимером;
  
• аспирант кафедры А. Федорова занималась расчетом физико-химических свойств материала.
  

Сложности в разработке химического предохранителя:

• самое сложное - поиск конкретного активного полимерного материала;
• известно множество полимеров этого класса, но выбрать образец для создания прототипа, оказалось нелегко;
• сложно было отработать технологию - создать полупромышленный образец, чтобы показать эффективность защиты. Пришлось отработать методики работы с компонентами литий-ионных аккумуляторов.

Особенности технологии:

• при создании литий-ионных аккумуляторов используются разные виды катодов - электрических проводников, к которым направлено движение электронов;
• у них разное рабочее напряжение, и в каждом случае защитный полимер должен вести себя по-разному;
• уже подобран полимер к 1 типу аккумуляторов - литий-железо-фосфатному;
• ведется работа по изменению структуры полимера в надежде, что удастся сдвинуть окно проводимости, чтобы он подходил и к другим типам катодов, которые существуют на рынке;
• есть идея сделать защиту более универсальной, добавив в полимер защиту, действующую при изменении температуры в аккумуляторе. Это позволит исключить все возможные причины возгорания.

Новую технологию легко масштабировать - применять можно как в малых, так и в больших аккумуляторах.

Перед публикацией статьи СПбГУ получил патент на изобретение ученых.