Литиевые аккумуляторы известны своей склонностью к тепловому разгону при перегреве. В некоторых случаях это приводит к внутреннему повреждению элементов, возгораниям, взрывам. В журнале Nano Letters, который издает Американское химическое общество, обнародовали свежее решение по предотвращению теплового разгона. Новая технология помогает быстро остановить перегрев литий-ионных аккумуляторных элементов.
В чем причина теплового разгона
Принципиальное устройство литиевых элементов одинаковое: электроны перемещаются по цепи от одного электрода к другому. При повышении температуры жидкий электролит между электродами начинает испаряться, что порой приводит к короткому замыканию. В свою очередь, короткое замыкание способно стать причиной теплового разгона – неконтролируемого, лавинообразного нагрева ячейки.
В больших литий-ионных батареях находится множество ячеек, которые объединены в одну цепь, поэтому тепловой разгон может передаваться от ячейки к ячейке. Такая ситуация приводит к возгоранию, которое трудно потушить. Чтобы предотвратить пожар, литиевые аккумуляторы наделены средствами безопасности, среди которых:
- предохранительные клапаны;
- отверстия для вентиляции;
- термодатчики;
- термостойкие, огнестойкие электролиты;
- защитные электронные платы управления (BMS).
Однако эти средства безопасности иногда поздно срабатывают или вредят производительности. Профессора Кай Лю и Япей Ванг из университетов Цинхуа и Жэньминь (КНР) вместе с командой исследователей создали технологию быстрого торможения теплового разгона литий-ионного аккумулятора. Новый способ защиты надёжен и не влияет на производительность.
Суть новой технологии защиты литиевого аккумулятора
Ученые применили термочувствительный полимерный материал с эффектом памяти формы. Чтобы он пропускал электроны, они нанесли на него токопроводящий медный слой. Если температура аккумуляторного элемента достигает 92°С, в полимерном материале появляется трехмерный рисунок, разрушающий медное напыление. В результате нарушается проводимость. Иными словами, при сильном нагреве проводник становится изолятором, что мгновенно отключает проблемную литий-ионную ячейку, предотвращает дальнейший перегрев и риск возгорания.
Испытания литиевых аккумуляторов с новой технологией показали, что они работают не хуже, чем традиционные решения. В нормальных температурных условиях они сохраняют высокую производительность, долгий срок службы и низкое сопротивление.