В Санкт-Петербургском государственном университете разработана технология, направленная на повышение безопасности литий-ионных аккумуляторов, используемых в смартфонах, ноутбуках и портативных зарядных устройствах. Основная цель разработки — минимизировать риски возгорания или разгерметизации батарей при внутренних коротких замыканиях.
Такие замыкания могут возникать под воздействием внешних факторов: перегрева, механических ударов или падений. В подобных ситуациях внутри ячейки быстро выделяется тепло и образуются газы, что при отсутствии своевременной защиты может привести к воспламенению. Существующие на сегодняшний день системы безопасности управляются электроникой, однако в некоторых случаях они могут не успеть предотвратить аварийное развитие событий.
В ходе эксперимента исследователи СПбГУ создали условия короткого замыкания, прокалывая аккумуляторные ячейки стальным гвоздем. Без дополнительной защиты образец воспламенялся примерно через 15 секунд после повреждения, а температура на его корпусе достигала 350 градусов Цельсия.
Предложенное учеными решение представляет собой внутренний элемент, выполненный из полимерной пленки, который активируется при возникновении короткого замыкания. По данным разработчиков, этот слой препятствует быстрому разряду, снижает интенсивность тепловыделения и не позволяет ячейке перейти в стадию возгорания даже при механическом повреждении. В ходе испытаний с использованием гвоздя аккумулятор с защитным слоем разряжался в течение 15 минут, а его корпус нагрелся лишь до 75 градусов.
Особенностью технологии является то, что защитный слой реагирует непосредственно на изменение электрического состояния ячейки, не требуя внешних датчиков или управляющей электроники. Представитель университета отметил, что это может быть критически важно при внутренних коротких замыканиях, которые способны развиваться быстрее, чем срабатывают традиционные системы безопасности.
В настоящее время перед коллективом стоит задача по оптимизации характеристик: необходимо найти баланс между степенью защиты аккумулятора и его энергоэффективностью, особенно в режимах быстрой зарядки, где используются высокие токи.
Читайте также: Квантовые точки станут основой для более ярких и энергоэффективных дисплеев.