Полезные свойства литиевых аккумуляторов омрачает тот факт, что они иногда взрываются. И пусть такое случается нечасто, но знать о «бомбе» в кармане, в комнате или в гараже — удовольствие ещё то. Учёные десятилетиями работают над невоспламеняющимися литиевыми батареями. Возможно, в этом поможет новая работа учёных из Стэнфордского университета.
Источник изображения: Jian-Cheng Lai/Stanford University
Исследователи провели работу по увеличению живучести литиевых аккумуляторов при нагреве, о чём рассказали в статье в журнале Matter. Они пошли по двум путям: заменили раствор для электролита на менее горючие полимерные растворители вместо органических и повысили концентрацию солей лития в электролите, что тоже понизило горючесть раствора.
В обычных литийсодержащих аккумуляторах электролит (растворитель) начинает испаряться при нагреве элемента примерно до 60 °C. Жидкость переходит в газовую фазу, и батарея раздувается до разрушения оболочки и воспламенения. Учёные смогли вместо легко испаряющегося органического растворителя подобрать такой полимер, который сохранил бы проводимость ионов лития на максимально возможном уровне и при этом обеспечил бы надёжный каркас для удержания молекул вещества. Впрочем, проводимость ионов лития полимерным растворителем всё равно была хуже, чем при использовании органического растворителя, и это пришлось исправлять иным способом.
Обычно соли лития (LiFSI) в электролите литиевых аккумуляторов растворяются в соотношении меньшем, чем один к двум (менее 50 % по весу). Чтобы компенсировать меньшую подвижность ионов лития в полимерном растворителе учёные начали постепенно увеличивать концентрацию солей. Наилучшей концентрацией оказался состав с 63 % солей. Молекулы в таком составе хорошо «липли» друг к другу и это препятствовало испарению при нагреве. Найденный состав с повышенной концентрацией солей лития легко выдерживал нагрев до 100 °C. Электролит позволял батарее оставаться рабочей даже при такой температуре и не воспламенялся.
«Этот очень интересный новый электролит для батарей совместим с существующей технологией [производства] литий-ионных аккумуляторов и окажет большое влияние на бытовую электронику и электротранспорт», — с уверенностью заявил один из авторов исследования.