У самого популярного источника энергии для смартфонов, ноутбуков и электромобилей — литий-ионных аккумуляторов — есть существенный недостаток: они огнеопасны. Учёные #СПбГУ нашли решение, которое позволит его устранить.
Современный вариант литий-ионных аккумуляторов создан в конце ХХ века, и вот уже более 30 лет разные типы этого источника питания широко используются в электронных устройствах. Возможно, их популярность была бы ещё выше, если бы не тот факт, что в некоторых случаях они возгораются. Это может произойти из-за разных факторов: в результате перезаряда (когда батарея заряжается выше нормального диапазона напряжений) или переразряда (когда батарея наоборот разряжается ниже нормального диапазона напряжений), от перегрева при сильном повышении температуры окружающей среды или вследствие короткого замыкания.
Короткое замыкание — это явление, при котором соединяются два вывода аккумулятора с различными значениями потенциалов («плюсом» и «минусом»). Оно может возникнуть из-за внутреннего дефекта аккумулятора, образовавшегося при заводской сборке, после механического повреждения. В современных аккумуляторах есть несколько защитных механизмов, предотвращающих тепловой разгон и, следовательно, короткое замыкание. Они бывают внешними и внутренними. Вдобавок к электронным системам применяются элементы химической защиты, дублирующие или дополняющие функции BMS.
Общий недостаток внутренних способов защиты — они подавляют только одну конкретную стадию развития теплового разгона. Разработка учёных Университета способна полностью предотвратить этот процесс из-за свойств полимера поли [Ni(CH3OSalen)], из которого состоит специальный защитный слой. Его исследованием занимаются не первый год. В одной из работ выяснилось, что электрическая проводимость этого элемента совпадает с рабочим диапазоном напряжения литий-ионных аккумуляторов, то есть полимер не проводит ток там, где это не нужно. За счёт чего он может предотвращать короткое замыкание, переразряд и перезаряд.
Полимер поли [Ni(CH3OSalen)] может служить универсальной системой защиты. Чтобы в этом убедиться, исследователи провели несколько экспериментов. В частности, зарядо-разрядные тесты в полуэлементах с литиевым анодом — простой первичной системе, позволяющей в малых размерах тестировать свойства катодов. Результаты показали: в рабочем диапазоне напряжения наличие защитного слоя практически не сказалось на характеристиках катода. Это говорит о том, что добавление полимера не скажется и на работе аккумулятора.