Наука и образование

Ученые СПбГУ создали полимерный слой для защиты литий-ионных батарей от взрывов и возгораний

30 ноября 2023 г. в 14:47

Ученые Санкт‑Петербургского государственного университета обнаружили, что слой полимера, нанесенный между слоями фольги и катодного вещества в литий‑ионном аккумуляторе, позволяет предотвратить его возгорание или взрыв.

Предложенный авторами полимер проводит электричество, но, как только напряжение становится выше, чем то, на которое рассчитан аккумулятор, соединение окисляется и перестает проводить ток. Благодаря этому аккумулятор, использующийся в смартфонах и электромобилях, не перегревается и абсолютно не способен самовозгораться.

Аккумулятор без защитного слоя. Источник: Олег Левин

Литий‑ионные аккумуляторы сегодня используются почти везде: в мобильных телефонах, электромобилях, компьютерах – любой технике, где важна способность долго держать заряд. Внутри аккумулятора есть два электрода (элемента, проводящих ток) – катод и анод. Катод состоит из слоя смешанного оксида лития и переходных металлов, нанесенных на алюминиевую фольгу, а анод – из слоя углерода на медной фольге. Электроды разделяет пористый сепаратор, пропитанный электролитом (смесью органических растворителей и солей). Если из‑за нагрева или другого воздействия повреждается тонкий разделительный слой (сепаратор), материалы внутри батареи начинают реагировать друг с другом и разлагаться. Такие реакции происходят с выделением тепла, из‑за чего батарея за секунды нагревается почти до 600 °С. В России в месяц происходит около 10 случаев возгорания или взрывов аккумуляторов смартфонов. Наиболее частая причина первичного нагрева, вызывающего возгорание, – короткое замыкание, которое может произойти, например, в результате внешних повреждений. Кроме того, при использовании в холодных условиях или при высоких токах заряда‑разряда в аккумуляторах могут появляться литиевые дендриты – тонкие усики лития, которые могут замкнуть устройство. Ни один производитель не гарантирует, что замыкания не произойдет, поэтому аккумулятору нужна защита от возгорания.

Ученые из Санкт‑Петербургского государственного университета разработали полимер, способный предотвратить возгорание аккумулятора при замыкании. Это соединение представляет собой органические цепочки, содержащие атомы никеля. В стандартных условиях полимер проводит электрический ток, но при окислении или восстановлении переходит в другое химическое состояние и теряет эту способность.

Научный сотрудник Е. В. Белецкий работает в боксе с инертной атмосферой. Источник: Олег Левин

Авторы нанесли тонкий слой такого вещества между слоями проводящей электричество алюминиевой фольги и катодным веществом. В случае использования обычного аккумулятора, если напряжение в цепи увеличивается (это может случиться, когда, например, устройство заряжается с большим напряжением от розетки, чем положено), то без защиты аккумулятор вздувается, разрушается и может даже загореться. В аккумуляторе с нанесенным слоем полимера в таком случае цепь сразу разомкнется – при чрезмерном напряжении вещество перестает проводить ток, а значит, риски возгорания и взрыва исключены. То же самое происходит при коротком замыкании: полимер перестает проводить ток, когда аккумулятор разряжается ниже определенного предела. Благодаря такой методике можно гарантировать защиту от самовозгорания.

Аккумулятор с защитным слоем. Источник: Олег Левин

Ученые провели стресс‑тесты на аккумуляторах‑монетах – маленьких батареях размером с монету, которые используются в умных часах. Проверка показала, что, если напряжение выходило за пределы диапазона от 2,8 вольт (при этих значениях останавливается разрядка аккумуляторов) до 5 вольт (напряжение зарядного устройства для смартфонов), защита срабатывала с эффективностью 100 %. Кроме того, полимерный слой практически не повлиял на емкость и производительность аккумулятора, снизив их не более чем на 10 %.

Научная группа на конференции в Сколково. Источник: Олег Левин
«Сейчас мы стремимся масштабировать производство литий‑ионных аккумуляторов с нашим полимерным слоем, есть переговоры с инвесторами. Пока что мы провели стресс‑тесты только на маленьких аккумуляторах, но в будущем мы планируем проверить нашу технологию на большом (используемом, например, для телефона) и после этого запустить серийное производство новых безопасных аккумуляторов», – рассказал исполнитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Олег Левин, доктор химических наук, профессор кафедры электрохимии Санкт‑Петербургского государственного университета.

#аккумулятор #наука

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Публикации по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Пленкоэлектрокартон ПЭК

ООО ТД «Ламинатпром» предлагает к поставке пленкоэлектрокартон ПЭК со склада в Новосибирске и под заказ. ТУ 3491-098-05758799-2003 Пленкоэлектрокартон — состав ПЭТ-Э, электрокартон, полиэфирное связующее. Применение: пазовая изоляция, крышка-клин, межслойные прокладки. www.laminatprom.ru
Шулус Надежда · ТД Ламинатпром · 8 февраля · Россия · Новосибирская обл
ТД Ламинатпром, ООО

ПРОДАМ: БАТАРЕЙНЫЙ КАБИНЕТ Полигон™

Предназначен Для расположения и хранения аккумуляторов и/или источников бесперебойного питания (ИБП) электрической энергии. Повсеместное использование бытовой и промышленной аудио и видеоаппаратуры, электроники, в том числе охранно-пожарной, а также компьютерной техники ставит задачу бесперебойного электроснабжения для сбора, создания, хранения, обработки и актуализации данных. Обеспечивает Возможность монтировать ИБП, которые, в свою очередь, позволяет продолжить нормальную работу электрооборудования в течение времени, за счет емкости аккумуляторных батарей и потребляемой мощностью оборудования. Батарейный кабинет (или стеллаж для аккумуляторов) позволяет размещать АКБ различных размеров. Стенки шкафа выполнены из листовой стали 1,5 мм. Каркас – из стали 2-3 мм. Полки могут быть выдвижные и стационарные. Нагрузка на полку – порядка 200 кг. Батарейный кабинет имеет жалюзи для естественной вентиляции.
Панарина Людмила · ПФ СОЗВЕЗДИЕ · Сегодня · Россия · г Санкт-Петербург
БАТАРЕЙНЫЙ КАБИНЕТ Полигон™

ПРОДАМ: Коробки соединительные взрывозащищенные производства «Пепперс»

Взрывозащищенное электрооборудование Производственное предприятие «Пепперс», г. Санкт-Петербург, основано в 2011 г., разработчик и производитель широкого спектра взрывозащищенного электрооборудования, В настоящее время предприятие занимает одно из лидирующих мест на рынке взрывозащищённого электрооборудования для нефтехимической и газовой отрасли России и СНГ. ООО «Пепперс» сегодня — это высокоэффективная, динамично развивающаяся компания, которая зарекомендовала себя в качестве надежного поставщика продукции высокого качества. Отличительной чертой компании является ориентация на заказчика: большинство устройств разрабатываются по индивидуальным заданиям заказчика. Успех предприятия основан на оперативном и высокопрофессиональном решении предлагаемых клиентами решений. Производственная и испытательная база предприятия — это современный технологический комплекс, все подразделения которого оснащены передовыми системами мониторинга качества выполняемых работ. Специалисты предприятия — профессионалы высокого класса, обеспечивающие качественное выполнение всех технологических процессов. Своими основными задачами на сегодняшний день компания «Пепперс» видит использование накопленных знаний и опыта каждого сотрудника, удержание высокого авторитета компании как разработчика взрывозащищенного электрооборудования. Цель компании — это максимальное удовлетворенность заказчика, снижение затрат клиента, сохранение окружающей среды, природы. География деятельности компании «Пепперс» весьма обширна: это более 5000 заказчиков в России и СНГ. Продукция компании находит применение на крупнейших российских нефтяных и газовых предприятиях отросли. Предприятие имеет всю необходимую разрешительную документацию на изготовление и применение продукции на опасных производственных объектах. Основные типы продукции, выпускаемые компанией «Пепперс»: Коробки соединительные взрывозащищенные серий ТМ, ВМ и РМ могут быть выполнены из полиэстера, алюминиевого сплава или нержавеющей...
Бенгардт Андрей · Пепперс · 6 февраля · Россия · г Санкт-Петербург
Коробки соединительные взрывозащищенные производства «Пепперс»

ПРОДАМ: Продам Уплотнитель липкий для электрощитов 1200 (3х10, 3х15, 3х20, 5х15, 5х20, 5х30) MESAN

Уплотнитель липкий для электрощитов 1200 (3х10, 3х15,3х20, 5х15,5х20,5х30). Уплотнитель полиэтилен, резина для панелей. Уплотнитель с металлокордом для автомобилей 1407. Уплотнитель для ВРУ 1405. Уплотнитель для подстанций 1401. Уплотнитель для лифтов 1415. Уплотнитель MESAN. Уплотнитель МЕСАН. "ТОК" эксклюзивный дистрибьютор "YEEKA"-промышленные компоненты. Антонов Дмитрий (343) 361-70-14, +7-906-804-58-63 www.tokek.ru
Антонов Дмитрий · ООО "ТОК" · 25 января · Россия · Свердловская обл

ПРОДАМ: Пленкосинтокартон ПСК-515

ООО ТД «Ламинатпром» предлагает постаку пленкосинтокартона ПСК-515 со склада в Новосибирске и под заказ. ТУ 3491-088-05758799-2002 Пленкосинтокартон — состав полиэфирная бумага, ПЭТ-Э, полиэфирное связующее. Применяется в пазовой и межслойной изоляции. www.laminatprom.ru
Шулус Надежда · ТД Ламинатпром · 8 февраля · Россия · Новосибирская обл
ТД Ламинатпром, ООО
ООО «Копос Электро» — представительство чешской корпорации KOPOS KOLIN а.s. в Российской Федерации. Основным видом производства компании является электромонтажные изделия для кабельных систем. Количество изделий в серийных линейках продукции бренда KOPOS превышает 8 тысяч наименований.