Смартфоны не загорятся — новая защита Li-ion из Сингапура

Защита литий-ионных аккумуляторов от короткого замыкания уже готовится к скорейшему использованию. Она решает проблему дендритов* (риски при старении батарей).

* - литиевые токопроводящие отложения на электродах ветвистой структуры.

Новая защита Li-ion от короткого замыкания.

Короткое замыкание Li-ion-аккумуляторов опасно тепловым разгоном (внешне напоминает взрыв). Самые известные инциденты с ожогами, повреждениями имущества случались у Samsung со смартфонами Galaxy Note 7 (о причинах).

Физику процесса можно укротить. Ячейки без риска короткого замыкания разработали учёные Наньянского технологического университета (сайт).

🔋 Neovolt.ru ➡ Блог ➡ Научно-популярное

Пример теплового разгона при перезаряде литий-полимерного аккумулятора. Источник youtube-канал KREOSAN.

Почему меня должно волновать короткое замыкание Li-ion?

Электросамокаты, электровелосипеды, ноутбуки, смартфоны и гаджеты вплоть до беспроводных наушников — лихо самовоспламеняются все они без исключения (свежие случаи). Пожар вызван коротким замыканием внутри заряженного аккумулятора литий-ионного типа.

🔥 Причина в неправильной зарядке или во внешних факторах (падение, перегрев, попадание воды).

Чтобы победить опасность производители оснащают электронику продвинутыми системами защиты:

• смартфон отключается до того, как его батарея реально разрядится;
• зарядник даёт столько тока, сколько аккумулятор безопасно примет;
• терморезистор контролирует температуру.

Теперь к ним добавится ещё одна система безопасности.

Последовательное образование дендритов на поверхности катода литий-ионного аккумулятора. Источник nature.com.

От чего учёные хотят защитить аккумуляторы?

Среди прочих опасностей литий-ионной батареи есть одна неминуемая ловушка. Она уготована всем ячейкам — старение.

Список процессов старения, опасных для Li-ion

• С годами на электродах копятся отложения лития (дендриты)*;
• чем их больше, тем выше риск проникновения сквозь сепаратор токопроводящих материалов;
• между катодом и анодом пробивает контакт через многолетние отложения;
• возникает короткое замыкание с воспламенением.

* - Рост дендритов у литий-ионной технологии ускоряется быстрой зарядкой [источник SAE, Общество Автомобильных Инженеров].

Учёные остановили проникновение отложений лития в сепаратор (разделительный слой). Как им это удалось, ведь ионы лития должны проникать через этот материал?

Схематичное изображение, как работает защита NTU Anti-Short.

Защита от коротких замыканий в Li-ion

Научные работы сейчас направлены на остановку процессов образования дендритов на поверхностях электродов.

• Исследуют новые покрытия катода,
• ищут присадки в электролит,
• изучают особенности зарядки (при помощи ИИ).

В Сингапуре решили не препятствовать физическим процессам. Учёные предложили использовать внутренние свойства дендритов.

Принцип работы новой защиты аккумуляторов от короткого замыкания:

• поверх сепаратора наносится токопроводящий материал;
• этот материал проводит ионы лития, но достаточно прочен к внешнему воздействию;
• дендриты упираются в защитный материал, уплотняя контакт;
• отложения лития не могут проникнуть через защиту сквозь сепаратор к противоположному электроду.

Учёные из NTU уже подали патент. Коммерческой продажей технологии займётся NTUitive.

Источник:

🔻 PDF-файл с научными сведениями защиты Li-ion «NTU Anti-Short».

✅ Узнайте ещё одну технологию 2021-го года от аккумуляторного магната CATL, который создаёт батареи для iPhone.

💬 Напишите в комментарии, сталкивались ли вы с коротким замыканием ячеек 18650 или элементов питания в смартфонах?