Литий-ионные аккумуляторы вылечили от взрывов и самовозгораний

Литий-ионные аккумуляторы вылечили от взрывов и самовозгораний

Самовозгорания и взрывы литий-ионных аккумуляторов в смартфонах уже не воспринимаются как из ряда вон выходящие события. На современном технологическом этапе развития этих широко распространенных благодаря своей высокой емкости накопителей электроэнергии, ученые-электрохимики пока не сумели исключить появление и рост дендритов на литиевом электроде, который может приводить к короткому замыканию анода и катода аккумулятора, вследствие чего и происходит самовозгорание источника питания. «Может приводить» сказано потому, что процесс этого роста далеко не всегда заканчивается катастрофическим результатом - его вероятность составляет сотые доли процента (судя, хотя бы по отношению количества загоревшихся смартфонов к количеству проданных смартфонов). Но, несмотря на то, что вероятность самовозгорания литий-ионных аккумуляторов ничтожно мала, ни пользователи, ни производители, ни разработчики технологии производства этих популярных устройств не собираются с ней мириться. И во многих лабораториях мира десятилетиями идут поиски, направленные на создание в литий-ионных аккумуляторах условий, при которых литиевые дендриты не смогут возникать.

Лучшим решением на сегодняшний день считается использование в аккумуляторах графитовых электродов, насыщенных литием. В таких аккумуляторах дендриты не появляются, но платой за это достижение является десятикратное снижение удельной емкости, что, естественно, неприемлемо (во всем мире идет борьба за наращивание этого показателя, а тут приходится идти в обратном направлении!).

И вот недавно создан прототип усовершенствованного литий-ионного аккумулятора, в котором при эксплуатации не наблюдается даже признаков дендритов, а удельная емкость осталась такой же высокой, как и у «самозагорающегося» аналога. Это решение разработано группой ученых, сформированной из сотрудников Института наноматериалов Дрексельского университета (Филадельфия, США), Университета Цинхуа (Пекин, КНР), Хуачжунского университета науки и технологии (Ухань, КНР). Ключевая идея изобретения состоит в том, чтобы при осаждении ионов лития на поверхность литиевого электрода она оставалась максимально гладкой. То есть не возникало бы центров кристаллизации, с которых могут начаться процессы развития дендритов. А как получить идеально гладкую металлическую поверхность при электролитическом осаждении известно довольно давно: в электролит добавляют наноразмерные крупинки алмазов (наноалмазы). Благодаря тому, что их кристаллическая решетка (даже в наноразмерах) имеет упорядоченную структуру, при осаждении они слипаются, образуя однородную гладкую поверхность, в которую «втягиваются» ионы металла, закрепившиеся в электролите на поверхностях наноалмазов.
Исследователи американо-китайской группы внесли в электролит с ионами лития наноалмазы с размерами не более 5 нм, которые абсорбировали ионы лития. При осаждении наноалмазы (с абсорбированными ионами лития) образуют на поверхности электрода огромное количество точек роста, вследствие чего обеспечивается высокая однородность и гладкость покрытия. И на такой зеркальной поверхности нет и следов центров «паразитной кристаллизации», которые могут спровоцировать возникновение дендритов.

Электронная микроскопия не обнаружила никаких признаков дендритов даже после 100 циклов заряда/разряда экспериментальных образцов аккумуляторов.

См. также:



Комментарии