Чтобы избежать взрыва батарей, ученые предложили добавить третий электрод

Ученые из Стэнфордского университета разработали умную литий-ионную батарею, которая предупреждает владельца об угрозах перегрева и воспламенения.

Новая технология разработана для применения в обычных литий-ионных аккумуляторах, которые используются в миллиардах мобильников, ноутбуков и других электронных устройств, а также в автомобилях и самолетах.

«Наша цель — разработать систему раннего обнаружения, которая будет спасать жизни и имущество», сообщил доцент материаловедения и инжиниринга Yi Cui. „Система способна выявлять проблемы, которые назревают в ходе обычного использования батарей, но не реагирует на случаи повреждения аккумуляторов в результате удара или другого воздействия извне“.

Ученые описали новинку в издании Nature Communications.

Причины взрыва аккумуляторной батареи

Обычная литий-ионная батарея состоит из двух плотно пригнанных электродов, углеродного анода и катода из оксида лития. Разделяет электроды тонкий полимерный слой. Если этот слой повреждается, батарея может замкнуть, а огнеопасный электролит, по которому туда-сюда снуют ионы, воспламениться.

«Разделительный слой сделан из того же материала, что и пластиковые бутылки», сообщил аспирант Деннис Жао, соавтор исследования. „Он пористый, чтобы между электродами могли путешествовать ионы, когда аккумулятор заряжается и разряжается“.

Производственные дефекты, такие как частицы металла и пыли, могут попасть в разделительный слой и вызвать короткое замыкание. Последнее также может произойти в случае слишком быстрой зарядки батареи или в условиях слишком низкой температуры (явление известно как перегрузка).

Перегрузка приводит к тому, что ионы лития застревают на аноде и накапливаются, формируя металлические цепочки под названием дендриты. Эти дендриты способны проникнуть через пористый разделитель и достичь катода, вызывая короткое замыкание.

Третий электрод

Чтобы решить проблему, ученые с одной стороны разделительного материала наложили нанослой меди, создав, таким образом, третий электрод на полпути между анодом и катодом.

«Медный слой выполняет функцию датчика, который позволяет быстро замерять разницу напряжений между анодом и разделителем», сказал Жао. „Когда дендриты вырастают настолько, что достигают медного покрытия, напряжение падает до нуля. Это служит сигналом, что дендриты уже прошли половину маршрута на пути к катоду, то есть велик риск воспламенения батареи или даже взрыва“.