​Исследователи UCSD разрабатывают функцию безопасности при разряде Li-металлических батарей

-
20:45
80
​Исследователи UCSD разрабатывают функцию безопасности при разряде Li-металлических батарей

Ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали функцию безопасности, которая предотвращает быстрый нагрев литий-металлических батарей и их возгорание в случае внутреннего короткого замыкания.

Команда модифицировала сепаратор таким образом, чтобы он замедлял поток энергии (и, следовательно, тепла), который накапливается внутри батареи при коротком замыкании. Исследователи под руководством профессора наноинженерии Университета Сан-Диего Пинга Лю и его аспиранта Мэтью Гонсалеса подробно изложили свои работы в статье, опубликованной в журнале «Advanced Materials».

Литиевые металлические батареи выходят из строя из-за роста игольчатых структур, называемых дендритами на аноде после многократной зарядки. Со временем дендриты растут достаточно долго, чтобы проткнуть сепаратор и создать мост между анодом и катодом, вызывая внутреннее короткое замыкание. Когда это происходит, поток электронов между двумя электродами выходит из-под контроля, в результате чего батарея мгновенно перегревается и перестает работать.

Сепаратор, который команда UC San Diego разработала существенно смягчает этот удар. Одна сторона покрыта тонкой, частично проводящей полосой углеродных нанотрубок, которая перехватывает любые дендриты, которые образуются. Когда дендрит пробивает сепаратор и попадает в это полотно, электроны теперь имеют путь, через который они могут медленно стекать, а не бросаться прямо к катоду сразу.

Схема сепаратора Януса реализована в литиевой батарее. Черная сторона — PEC, а белая сторона — электронная изоляция. Сепаратор Янус ограничивает скорость саморазряда, перехватывая дендрит и увеличивая сопротивление короткому замыканию. Гонсалес и др.

Другие исследования аккумуляторных батарей сосредоточены на создании сепараторов из материалов, которые достаточно прочны, чтобы блокировать прорыв дендритов. Но проблема такого подхода заключается в том, что он просто продлевает неизбежное, сказал Гонсалес. Эти сепараторы все еще должны иметь поры, пропускающие ионы, чтобы батарея работала. Как следствие, когда дендриты в конце концов прорвутся, короткое замыкание будет еще хуже.

Вместо того, чтобы блокировать дендриты, команда UC San Diego стремилась смягчить их последствия.

В ходе испытаний литий-металлические батареи, оснащенные новым сепаратором, показали признаки постепенного выхода из строя в течение 20-30 циклов. Между тем, батареи с обычным (и немного более толстым) сепаратором испытывали внезапный отказ за один цикл.

В то время как в данном исследовании основное внимание уделялось литий-металлическим батареям, исследователи утверждают, что сепаратор может также работать в ионно-литиевых и других химических батареях. Команда будет работать над оптимизацией сепаратора для коммерческого использования. Предварительный патент был подан UC San Diego.

RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...