Исследователи из СПбГУ совместно с Аккумуляторной компанией «Ригель» разработали тонкий полимерный защитный слой, который предотвращает тепловой разгон литий-ионных аккумуляторов при внутреннем коротком замыкании. Разработка позволяет существенно снизить риск возгорания батарей и может повысить безопасность электромобилей, бытовой электроники и медицинской техники. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.

При внутреннем коротком замыкании литий-ионные аккумуляторы могут за считанные секунды перегреться и воспламениться. Внешние системы защиты часто не успевают сработать, поскольку авария развивается внутри самой ячейки.

Ученые предложили разместить между катодом и алюминиевым токосъемником тонкий полимерный слой. В обычном режиме он практически не влияет на работу аккумулятора, но при резком падении напряжения его сопротивление многократно возрастает. Это замедляет разряд, уменьшает выделение тепла и предотвращает развитие теплового разгона.

Компьютерное моделирование показало, что защитный слой перекрывает наиболее быстрый путь прохождения тока, перераспределяя его внутри катодного материала. Благодаря этому аккумулятор нагревается значительно медленнее.

Испытания с проколом аккумулятора стальным гвоздем подтвердили эффективность разработки. Ячейка без защиты воспламенилась уже через 15 секунд, нагревшись до 350 °C, тогда как аккумулятор с защитным слоем безопасно разряжался почти 15 минут, а его температура не превышала 75 °C.

«Разработанный нами защитный слой не требует датчиков, управляющей электроники или внешнего отключения: он реагирует на изменение электрического состояния самой аккумуляторной ячейки. Это важно для внутренних коротких замыканий, потому что они могут развиваться быстрее, чем успевает сработать внешняя система защиты или защитные элементы, откликающиеся на повышение температуры. В этой работе мы не только показали защитный эффект на промышленной ячейке, но и объяснили, как он возникает при проколе, когда металлический предмет напрямую касается электродов. Следующий шаг — оптимизировать материал и конструкцию слоя для разных типов аккумуляторов и режимов работы, чтобы найти баланс между безопасностью и потерями мощности», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Олег Левин, доктор химических наук, профессор, главный научный сотрудник кафедры электрохимии Института химии СПбГУ

Результаты опубликованы в Journal of Energy Storage
Подробнее — в материале РИА Новости

РНФ | Телеграм | ВКонтакте | MAX #новостинауки_РНФ #химия