В Санкт-Петербургском государственном университете придумали, как защитить литий-ионные аккумуляторы от возгорания и взрыва.

ЛИА сегодня являются самыми востребованными в мире. Они обеспечивают работу всевозможных устройств — от телефонов до гигантских «складов энергии». Но у этих батарей есть существенный недостаток: при повреждении, коротком замыкании или в некоторых других форс-мажорных ситуациях в них начинаются неконтролируемые химические реакции, которые ведут к перегреву и выделению большого количества газов. В результате аккумулятор может воспламениться и взорваться. Такое уже бывало и приводило к травмам и гибели людей. Особенно печально, что начавшуюся реакцию уже невозможно остановить.

Сегодня многие устройства, питающиеся от ЛИА оснащаются специальными микросхемами, которые выключают аккумулятор в критических ситуациях. Но бывает, что и эти микросхемы выходят из строя.

Инженеры знают: чем больше деталей в устройстве, тем больше у него шансов сломаться. Самыми надежными являются самые простые системы. Поэтому российские специалисты искали самый простой способ защиты аккумулятора. И они его нашли: это всего один слой особого полимера, нанесенный в нужном месте.

Электропроводность данного полимера напрямую зависит от напряжения внутри батареи. Пока она исправна и нормально работает, полимер отлично проводит ток. Но если что-то пойдет не так — возникнет короткое замыкание, упадет напряжение или заряд станет слишком сильным, — проводник превращается практически в изолятор. Он моментально отключает аккумулятор, размыкая цепь.

Разработчики особо отмечают, что сигналом для отключения служит именно изменение напряжения, а не увеличение температуры. Поэтому цепь размыкается еще до того, как начнется перегрев и ситуация станет опасной.

Кроме того, отключение не является окончательным — в дальнейшем батарею можно снова включить, и она будет работать в обычном режиме.

 

Шесть лет ушло на поиски подходящей группы полимеров, потом еще два года ученые выбирали из них лучшего представителя. Сегодня уже собран действующий прототип. Технология запатентована и готова к применению.

Пока полимерный предохранитель может применяться только в одной разновидности ЛИА — с железно-фосфатным катодом. В батареях с катодами других типов иное рабочее напряжение, поэтому для каждого конкретного случая потребуется своя структура полимера. Но ученые уверены, что со временем смогут адаптировать свой метод ко всем типам литиево-ионных аккумуляторов.

Проект поддержан грантом Российского научного фонда. Результаты опубликованы в Journal of Power Sources.