Литий-ионные батареи применяются в современных смартфонах, планшетах, ноутбуках и даже электромобилях неспроста: они обеспечивают высокую емкость, довольно быструю зарядку и многократный цикл использования. Однако миниатюрные размеры ячеек, наполняющие их горючие вещества и накопленная энергия делают аккумуляторы самой «опасной» деталью любого гаджета, способной без всяких видимых причин перегреться, взорваться и загореться.
Для защиты от возгорания в раствор электролита Li-Ion аккумулятора можно внести пламегасящие вещества, однако их влияние снижает проводящие способности электрохимической ячейки, а в итоге и всего аккумулятора. Поэтому стэнфордские ученые предложили использовать такие вещества, заранее заключая их молекулы в полимерные капсулы. По задумке И Цуя (Yi Cui) и его коллег, «огнетушители» останутся закрытыми, но высвободятся и начнут действовать под действием температуры, как только батарея перегреется и расплавит внешний слой полимера. Об этом ученые пишут в статье, опубликованной журналом Science Advances.
В лабораторных экспериментах Цуй и его команда использовали обычный трифенилфосфат (ТРР), который широко применяется для снижения горючести полимеров и пластмасс. Его окружили оболочкой из поли-(винилиденфторида гексафторопропилена) (PVDF-HFP) и поместили в модельные электрохимические ячейки, имитирующие обычный аккумулятор. Менее чем за секунду после искусственно созданного перегрева PVDF-HFP разрушался и высвобождал трифенилфосфат, останавливая горение. Опыты с обычными, имеющимися в продаже аккумуляторами показали, что при этом производительность их не снижается.
Основной проблемой новой технологии может оказаться долговечность пламегасящих капсул. Ученые заметили, что после нескольких сотен (в тестах – 360) циклов перезарядки аккумулятора часть молекул ТРР все-таки проникает из-под оболочки в окружающий раствор электролита, снижая эффективность протекающих в нем реакций. Для коммерческого использования этого явно недостаточно: «молекулярный огнетушитель» должен выдерживать хотя бы несколько тысяч перезарядок.
Напомним, что ранее из-за проблем с производством высокоточных деталей для аккумуляторов пострадали несколько владельцев новейших смартфонов Samsung Galaxy Note 7. Аппарат быстро приобрел репутацию «взрывоопасного», был изъят из продажи и принес корпорации миллиардные убытки.
Наука
Роман Фишман
