Сингапурские инженеры решили проблему дендритов в литиевых батареях
Специалисты в области материаловедения из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) нашли способ предотвратить внутренние короткие замыкания, которые являются основной причиной возгорания литий-ионных аккумуляторов.
По словам одного из представителей энергетической отрасли, это изобретение «решает наиболее важную проблему неконтролируемого теплового выброса в литий-ионных решениях для аккумулирования энергии».
Даже при предполагаемой частоте отказов менее одного случая на миллион, в 2020 году только в Сингапуре произошло 26 возгораний велосипедов с электроусилителем и 42 возгорания личных средств передвижения.
В большинстве случаев взрывы и пожары литий-ионных аккумуляторов вызваны накоплением отложений лития, известных как дендриты. Эти нитевидные образования прокалывают разделительную мембрану между катодом и анодом аккумулятора, что приводит к короткому замыканию и к неконтролируемому химическому пожару.
«Мы знаем, что для того, чтобы аккумулятор работал, ионы лития должны иметь возможность перемещаться между положительной и отрицательной сторонами во время циклов зарядки и разрядки. Перенос ионов лития также означает, что образование дендритов неизбежно для современных коммерческих литий-ионных батарей, — пояснил профессор Сюй Чжичуань (Xu Zhichuan). — Вместо того, чтобы бороться с образованием дендритов, мы решили использовать их внутренние свойства, нанеся дополнительный слой проводящего материала на разделитель, чтобы эти дендриты могли к нему подключаться. Установив это соединение, дендриты больше не смогут продолжать свой рост, что не позволит им когда-либо достичь другой стороны».
Группа профессора Сюя испытала свою технологию на более чем 50 вариантах литий-ионных аккумуляторов: во время зарядки не было обнаружено коротких замыканий, даже если батареи использовались после истечения срока их эксплуатации.
Слой, защищающий от коротких замыканий, состоит из материала, широко используемого при изготовлении аккумуляторов, что упрощает его интеграцию в текущий процесс производства разделителей. По оценкам изобретателей, внедрение их технологии приведёт к росту затрат на выпуск литий-ионных батарей примерно на 5%.