Вибуховий характер літієвих батарей виправили простий добавкою

Сучасні акумулятори складаються з трьох частин — катод, анод і електроліту. Перший відіграє роль позитивного полюса джерела енергії, другий — негативного, а електроліт дозволяє носіїв заряду пересуватися між катодом і анодом. Потужність акумуляторів залежить від складу катода, а їх тривалість — від того, як сильно руйнується матеріал електроліту і катода при циклів перезарядки.

Від компонентів батареї залежить і те, наскільки вони небезпечні для людини. Приміром, багато типи сучасних літій-іонних акумуляторів вибухають з-за того, що при перегріві в них починають виникати короткі замикання. Вони ще більше нагрівають акумулятор і випаровують електроліт, перетворюючи його в пухирці гарячого газу. Ця ланцюгова реакція раскаляет нутрощі батареї до температури приблизно в тисячу градусів Цельсія.

Як результат, яке утворюється газ розриває корпус акумулятора і відбувається вибух, що викидає розплавлене вміст батареї назовні. Ці процеси, як з'ясували вчені, пов'язані з формуванням тонких і довгих ниток з літію, які можуть проникати через електроліт і бар'єр між катодом і анодом. В деяких випадках вони з'єднують їх між собою, формуючи коротке замикання і провокуючи вибух.

Щоб зрозуміти, як формуються такі нитки, вчені сконструювали «нанобатарею», в якій роль анода грало жало атомно-силового мікроскопа, а катода — шматочок літію. Пропускаючи струм через анод і піднімаючи його, дослідники допомагали формуватися літієвим ниткам на катоді і змушували їх рости у бік жала атомно-силового мікроскопа. Крім того, паралельно вивчали їх структуру і спостерігали за манерою зростання.

Досліди допомогли розкрити кілька важливих особливостей цього процесу, які потрібно враховувати при створенні дійсно повністю безпечних літій-іонних батарей, а також перших повноцінних акумуляторів на базі чистого літію. Нитки ростуть зі швидкістю 250 нанометрів в секунду в бік протилежно зарядженого електрода. Місце їх формування і манера руху сильно залежать від структури кристалів літію, наявності сполук вуглецю в електроліті і пристрої поверхні самих електродів.

Знання цих особливостей дозволяє передбачати манеру зростання ниток і запобігати їх контакт з анодом або катодом. Вчені зуміли придушити формування ниток, додавши в електроліт циклогексанон — слаботоксичное сполука кисню і бензолу. Подальші спостереження за ростом ниток з літію допоможуть підібрати більш ефективні способи боротьби з ними і створити дійсно безпечні акумулятори.

Нагадаємо, раніше повідомлялося, що в Індії дівчина загинула через вибух телефону.

Хочете знати важливі та актуальні новини раніше за всіх? Підписуйтесь на Bigmir)net на Facebook і Telegram.

Категория: Технологии