Ученые нашли причину взрыва в литий – ионных аккумуляторах
Современные литий-ионные элементы используются в большинстве девайсов. Однако появление так называемых «усов» внутри приводит в последствий к короткому замыканию и последующему взрыву батареи.
Специалисты из Национальной лаборатории в Ричланде установили почему же так происходит. Суть работы таких аккумуляторов сводится к использованию положительно заряженных катионов лития, способных проводить электричество через контур. Сами «усы» представляют собой микроскопические нити из лития. После полноценной подзарядки такие катионы переходят в анод аккумулятора, а после разрыва цепи переходят в катод. В это же время и вырабатывается электрический заряд, обеспечивающий работу устройств.
Установление и устранение нарушений в работе аккумуляторов поможет полностью исключить риски в будущем и обезопасить пользователей перезаряжаемых литий-ионных батарей.
Инженерам удалось выяснить, что появление «усов» в аккумуляторах вызывают короткие замыкания во время перегрева. По сути они еще больше нагревают электролит, а когда соответствующего газа становится чересчур много батарея взрывается. Возникновение «усов» в разных видах аккумуляторов варьируется в зависимости от формы кристалла лития и конкретного электрода. Опытным путем установлено, что такие «усы» появляются в катоде, а позже смешаются ближе к аноду, достигая скорости примерно в 250 нанометров в секунду.
Целью исследований в первую очередь была ликвидация первопричины их образования в батареях. По словам ученых. Открытие позволит по — новому посмотреть на существующие риски и выработать способы для их нивелирования.
Мы не просто хотели подавить рост отдельных «усов», а понять, что именно порождает их, и ликвидировать общую причину их появления. Я надеюсь, что наше открытие заставит все сообщество иначе взглянуть на эту проблему и найти новые пути для борьбы с ней
Чунминь Ван, ведущий автор исследования
Ранее стало известно
Шведские и словенские ученые смогли удвоить плотность энергии алюминий-органического аккумулятора.
Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции и Национального института химии в Словении добились прогресса в разработке алюминий-органического аккумулятора. Их разработка вдвое превосходит по плотности энергии предыдущие образцы алюминиевых аккумуляторов. Как и в них, анод в новом аккумуляторе изготовлен из алюминия, но материалом катода служит не графит, а органический материал на основе антрахинона.
По мнению разработчиков идеи, применение батарей на основе алюминия имеет ряд преимуществ. У них в теории высокая плотность энергии, а индустрия и для производства, и для утилизации дешевого материала уже создана. По сравнению с современными литий-ионными батареями изготовление алюминиевых экономически выгоднее.
Раньше в конструкции алюминиевых батарей применяли алюминиевый анод и графитовый катод. Однако графит не позволял сделать элементы с достаточно высоким КПД. Поэтому ученые заменили его на органический катод из углеродной молекулы антрахинона. Эта молекула накапливает носители положительного заряда, что повышает энергетическую плотность аккумулятора.
Пока коммерчески доступных алюминиевых батарей не существует, даже исследований на их тему немного. Нынешние алюминиевые аккумуляторы вдвое уступают по емкости литий-ионным. Но исследователи из Швеции и Словении собираются преодолеть этот разрыв. Для этого им придется найти более эффективный электролит и разработать другой механизм зарядки.
Однако сам алюминий в принципе лучше переносит заряд, чем литий, поскольку он многовалентный, то есть каждый ион «компенсируется» несколькими электронами. Кроме того, такие батареи наносят значительно меньше ущерба природе.
Новый тип батарей на основе алюминия разработали в Южной Корее. Плотность энергии в них выше, чем у бензинового двигателя, и они намного безопаснее и дешевле литий-ионных. А заряжать их вообще не придется.