Прототип призван предотвращать не только возгорание, но и выделение дыма, которое его вызывает.
Литий-ионные аккумуляторы пользуются большим спросом в отрасли возобновляемых источников энергии. Благодаря высокой плотности энергии они могут накапливать огромное количество энергии относительно своего размера, что делает их идеальным выбором для электромобилей, смартфонов и других перезаряжаемых устройств. К сожалению, тепло, выделяемое этими востребованными товарами, иногда становится буквальным. Для протекания химической реакции в перезаряжаемых аккумуляторах необходимы два компонента: анод из металлического лития, который окисляется и высвобождает электроны, и катод из оксида никеля, который заряжает эти электроны. Но ещё одним побочным продуктом является легковоспламеняющийся газ. При воспламенении интенсивное пламя может гореть часами, выделяя клубы дыма, наполненные токсичными химическими веществами. В некоторых случаях для полного тушения пожара в автомобиле с литиевой батареей
требуется 30 000 галлонов воды.
Помня об этой угрозе, автомобильные инженеры постоянно работают над улучшением конструкции аккумуляторов и их корпусов. Некоторые исследователи утверждают, что ещё один уровень защиты может повысить безопасность аккумуляторов. Согласно исследованию, опубликованному 14 июля в Proceedings of the National Academy of Sciences, интеграция более эффективных систем пожаротушения в литий-ионные аккумуляторы может стать надёжным дополнительным средством защиты для водителей и пассажиров.
Группа учёных под руководством молекулярного химика Ин Чжана из Института химии Китайской академии наук недавно разработала прототип батареи с катодами, пропитанными огнестойким полимером. Затем они протестировали её в сравнении со стандартной промышленной литиевой батареей, постепенно повышая их внутреннюю температуру.
Оба устройства начали перегреваться при температуре выше 100 градусов по Цельсию, но именно тогда в игру вступило секретное оружие прототипа. При такой температуре специальные полимеры внутри катодов начали разрушаться, выделяя радикалы, подавляющие горение, чтобы предотвратить неизбежное скопление горючих газов. При температуре выше 120 градусов цепная реакция в стандартной батарее привела к взрыву в течение 13 минут, а температура пламени достигла 1000 градусов. Для сравнения: новый прототип аккумулятора нагревался до 220 градусов, но так и не загорелся.
«Эта продуманная стратегия управления подачей газа повышает как термическую безопасность, так и электрохимическую стабильность, открывая путь к созданию пожаробезопасных литий-металлических аккумуляторов для передовых систем хранения энергии», — пояснили авторы исследования.
Если проект будет масштабируемым, он поможет предотвратить бесчисленное количество возгораний аккумуляторов, предотвращая даже первоначальное возгорание. Но именно эта деталь станет ключом к успеху.
Хотя некоторые производители аккумуляторов уже добавляют в свою продукцию огнезащитные химические вещества, как показывают прошлые исследования они практически не предотвращают возгорание. Более того, при нагревании эти же химические вещества могут выделять в воздух ещё больше токсинов. Чтобы эта новейшая разработка работала, инженерам нужно убедиться, что их изобретение не только предотвращает возгорание, но и не выделяет опасных паров, которые могут образовываться при горении. По крайней мере, пока всё выглядит именно так.