Встроенные огнетушители могут предотвратить возгорание и взрыв аккумуляторных батарей
Исследователи сконструировали рабочий прототип литий-металлической батареи, оснащенной встроенным огнетушителем, который срабатывает при перегреве батареи.
Литий-металлические батареи в настоящее время используются в ограниченном объеме, но имеют огромный потенциал, потому что они могут хранить в десять раз больше энергии, чем литий-ионные батареи. Они обеспечивают высокую плотность энергии, что означает, что они могут хранить большое количество энергии относительно своего размера. Это делает их идеальными для электромобилей, портативной электроники и множества других энергоемких устройств.
Опасность возгорания и взрыва
Однако есть проблема. В этих типах батарей используются легкие литий-металлические аноды и высоковольтные катоды из оксида никеля, которые могут образовывать легковоспламеняющиеся газы. Если эти газы накапливаются в батарее, они могут стать причиной пожара или взрыва.
Чтобы решить эту проблему, Ин Чжан и его коллеги из Института химии Китайской академии наук включили огнестойкий полимер в катод своего прототипа литий-металлической батареи.
Опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи подвергли прототип батареи и стандартную литий-металлическую батарею воздействию постепенно возрастающих температур, начиная с 50 °C. Когда температура превысила 100°C, обе батареи начали перегреваться.
Однако в прототипе специальный полимер начал разрушаться и выделять химические вещества (ингибирующие горение радикалы), которые действовали как мини-огнетушители. В частности, они подавляли восстановительные реакции на аноде, которые отвечают за образование легковоспламеняющихся газов.
Когда температура поднималась выше 120 °C, стандартная батарея перегревалась до 1000 °C в течение 13 минут и загоралась. Между тем, в тех же экспериментальных условиях прототип с огнезащитным полимером достиг пиковой температуры 220 °C и не загорелся и не взорвался.
«Эта интеллектуальная стратегия управления газами повышает как тепловую безопасность, так и электрохимическую стабильность, предлагая преобразующий путь к пожаробезопасным литий-металлическим батареям для передовых приложений хранения энергии», — объясняют исследователи в своей статье.
Более безопасные батареи
Если эта технология пожаротушения окажется успешной в больших масштабах, она может изменить правила игры для более безопасных батарей во всем, от портативной электроники и медицинских устройств до сетевых накопителей и электромобилей. Снижая риск возникновения пожаров, этот прорыв также может побудить больше людей менять свои прожорливые автомобили на электрические, поскольку проблемы безопасности являются одной из причин, по которой некоторые люди остаются нерешительными.
Кроме того, с некоторыми изменениями огнестойкий материал может быть включен в батареи с использованием существующих методов производства батарей, что может помочь ускорить их внедрение и принятие.