Ученые из Дрексельского университета в США предложили новый способ защиты литий-ионных аккумуляторов. Для этого они предлагают добавлять в электролит таких аккумуляторов наноалмазы, которые будут препятствовать образованию на электродах дендритов, которые являются одной из главных причин коротких замыканий и возгорания литий-ионных аккумуляторов. Также это позволит использовать вместо графитовых электродов литиевые, что значительно повысит емкость аккумуляторов. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Литий-ионные аккумуляторы используются повсеместно — практически во всех смартфонах, ноутбуках, электромобилях, а иногда даже на подлодках. Такую популярность они получили прежде всего за счет своей высокой емкости. Но несмотря на преимущества, у них есть и недостатки, самый опасный из которых — возможность самопроизвольного возгорания и даже взрыва. Из-за этого Международная организация гражданской авиации даже наложила ограничения на провоз таких аккумуляторов в багаже на борту пассажирских самолетов.
Самовозгорание происходит из-за короткого замыкания, которое, в свою очередь обычно возникает из-за того, что при осаждении ионов лития на электрод они располагаются неравномерно. На электроде могут начать расти литиевые дендриты (кристаллические отростки древовидной формы), которые в конечном итоге протыкают сепаратор, отделяющий анод от катода. В результате происходит короткое замыкание и быстрый нагрев аккумулятора, который приводит к возгоранию. Из-за этого производители вынуждены использовать графит в качестве материала анода, запасающего литий.
Именно проблемой неравномерного распределения лития при осаждении и занялись американские ученые. Для этого они добавили в электролит наноалмазы размером около пяти нанометров. Ионы лития легко прикрепляются к этим частицам. Роль наноалмазов заключается в том, что они значительно увеличивают количество точек роста на поверхности электрода. Соответственно, из-за большого количества точек роста в целом литий осаждается гораздо более равномерно.
Исследователи проверили эффективность методики на различных литий-металлических прототипах, и после ста циклов зарядки-разрядки в аккумуляторах не образовались дендриты. Ученые считают, что добавление наноалмазов в сочетании с использованием новых негорючих электролитов и более надежных сепараторов позволит сделать аккумуляторы в несколько раз более емкими и одновременно более безопасными.
Недавно исследователи из Стэнфордского университета создали
для аккумуляторов. При нагревании до определенной температуры такая мембрана выпускает в электролит вещество, которое активно поглощает свободные радикалы, ответственные за цепную реакцию распространения пламени.
Григорий Копиев