В недавно опубликованном исследовании в журнале ACS Applied Materials & Interfaces ученые представили инновационный датчик, способный обнаруживать опасные утечки газа в литий-ионных аккумуляторах, что может значительно повысить безопасность их использования.
«Литий-ионные аккумуляторы встречаются повсюду», — отметил Ляндань Чжао, ведущий автор исследования. «Они питают все — от смартфонов и ноутбуков до электромобилей, военных устройств и многого другого. Хотя они обеспечивают высокую плотность энергии и длительный срок службы, они также связаны с серьезными рисками безопасности».
Перегрев и повреждение литий-ионных батарей могут привести к выделению летучих легко воспламеняющихся паров электролита, что, в свою очередь, чревато возгоранием или даже взрывом. Поэтому есть необходимость в разработке газовых датчиков, которые будут высокочувствительными, селективными, экономичными и энергоэффективными, а также легко интегрируемыми в существующие системы.
«Наша работа была направлена на решение этой важнейшей проблемы безопасности», — продолжил Чжао. «Мы сосредоточились на раннем обнаружении утечек электролита, чтобы помочь разработать более безопасные системы управления батареями и предотвратить катастрофические ситуации, а также повысить общую надежность технологий на базе литий-ионных аккумуляторов».
Раннее обнаружение утечек газа
Разработанный датчик способен обнаруживать даже следовые количества паров этиленкарбоната (ЭК) — важного компонента электролита в литий-ионных батареях, который может служить индикатором потенциальных отказов батареи на ранних стадиях, до того как случилась серьезная катастрофа.
Для этого ученые использовали ковалентные органические каркасы (COFs) — молекулярные структуры, которые можно настраивать для избирательного обнаружения конкретных газов. Это первый случай, когда такая структура была использована для обнаружения паров ЭК.
«Мы проверили сотни возможных материалов с помощью вычислительных методов, прежде чем выбрали COF-QA-4 в качестве оптимального кандидата», — сказал Чжао. «Этот материал отличается высокой чувствительностью и селективностью, фокусируясь исключительно на ЭК и игнорируя другие соединения. Датчик способен обнаруживать утечки на ранних стадиях, задолго до того, как они станут опасными».
В лабораторных испытаниях датчик показал исключительные результаты, обнаруживая пары ЭК в концентрациях до 1,15 частей на миллион (ppm).
Повышение безопасности в различных отраслях
Разработанный датчик потенциально имеет широкий спектр применения, выходящий за пределы использования в электромобилях. Он может быть интегрирован в системы управления батареями для таких устройств, как умные дома, а также в промышленные системы безопасности, обеспечивая в реальном времени предупреждения об опасных утечках газа.
Источник: https://www.electronicsonline.net.au/content/power/news/sensor-could-help-prevent-li-ion-battery-fir...
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/