Аккумуляторы станут безопаснее

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2018, №2)

pic_2018_02_15.jpg

До сих пор при производстве аккумуляторов приходилось выбирать между опасностью возгорания и стабильностью электрода. Новые аккумуляторы и негорючи, и анод в них надежно защищен пассивирующей пленкой

Исследователи из Японии разработали огнестойкие электролиты для источников питания, которые работают не хуже, а в ряде случаев даже лучше, чем электролиты, применяемые сегодня («Nature Energy», 2017, doi: 10.1038/s41560-017-0033-8).

Литий-ионные аккумуляторы — сердце современной бытовой электроники: они обеспечивают достаточно высокое напряжение и высокую плотность заряда. Но есть у них и недостаток — из-за горючих электролитов литий-ионные аккумуляторы пожароопасны. Разработка натрий-ионных аккумуляторов, комплексы которых планируют использовать для хранения возобновляемой энергии, еще увеличивает риск: при концентрации в одном месте большого количества источников питания один загоревшийся аккумулятор способен поджечь всю систему.

Обычно электролит в литий- или натрий-ионном аккумуляторе представляет собой разбавленный раствор гексафторфосфата щелочного металла в легко воспламеняющейся жидкой смеси органических карбонатов — сложных эфиров угольной кислоты. Во время первого цикла зарядки электролит разлагается на аноде, формируя тонкую пассивирующую пленку, которая стабилизирует электрод в дальнейших циклах. К электролиту пытались добавлять антипиреновые вещества, например триметилфосфат, но такой электролит не обеспечивал необходимую пассивацию анода, защитная пленка покрывала его не полностью, и при зарядке электролит непрерывно разрушался с выделением газообразных продуктов.

Исследовательская группа под руководством Ацуо Ямады из Университета Токио создали полностью пожаробезопасные литий- и натрий-ионные аккумуляторы, отказавшись от обычных карбонатных электролитов. Вместо них ученые использовали раствор соли — бис(трифторсульфурил)имида соответствующего металла в чистом триметилфосфате. В нем можно растворить больше соли, а значит, поместить в источник питания больше ионов щелочных металлов, чем содержится в обычных коммерчески доступных аккумуляторах. Электролит нового типа образует устойчивую пассивирующую пленку, несмотря на отсутствие карбонатов, — анализ показал, что этот слой образуется в результате разложения не жидкого компонента электролита, а растворенной соли.

Такой подход не только увеличивает огнестойкость. Натрий-ионные аккумуляторы с новым типом электролита сохраняли 95% емкости после 1200 циклов зарядка-разрядка. Это значительно превосходит возможности натрий-ионных аккумуляторов, в которых используется классический электролит, — их емкость существенно понижается уже после 200 циклов. Литий-ионные источники питания с новым электролитом не демонстрируют никаких преимуществ в производительности по сравнению с коммерчески доступными образцами, однако и не уступают им. Сам Ямада уверен в перспективности пожаробезопасных аккумуляторов и полагает, что более строгую проверку нужно проводить уже не в условиях университетской лаборатории, а на производстве, с учетом всех испытаний, которым аккумуляторы подвергают изготовители бытовой электроники.

Разные разности

03.12.2019 18:00:00

...43 астронома из восьми стран описали характеристики межзвездной кометы 2I/Borisov, открытой астрономом-любителем Геннадием Борисовым...

...анализ воздуха из антарктических ледяных кернов возрастом до 1,5–2 млн лет показывает, что увеличение длительности ледниковых циклов в последний миллион лет не было вызвано длительным снижением содержания СО2 в атмосфере...

...полностью парализованный человек с электродами, вживленными в мозг, с помощью искусственного интеллекта может управлять воображаемым карандашом...

>>
02.12.2019 18:00:00

Исследователи из Дании, Австралии и США открыли необычную особенность половой жизни пчел: после спаривания с трутнем зрение матки может катастрофически ухудшиться

>>
26.11.2019 17:00:00

Группа исследователей из Массачусетского технологического института проанализировала, как меняется научный ландшафт после внезапной смерти кого-то из столпов науки.

>>
15.11.2019 15:30:00

8 ноября в МИА «Россия сегодня» состоялась торжественная церемония награждения лауреатов Всероссийского конкурса «ПРО Образование 2019». Журнал «Химия и жизнь» стал лауреатом в номинации «Лучшие публикации ПРО химическое образование».


>>
06.11.2019 18:00:00

…почти полный череп высшего примата, найденный в Эфиопии, идентифицирован как Australopithecus anamensis; возраст его составляет около 3,8 млн лет…

…создана электронная перчатка на протезную руку, которая обеспечивает реалистичный внешний вид, мягкость, тепло, а также восприятие давления, температуры и влажности…

…антипрививочники начинают терпимее относиться к вакцинации, когда вспышка инфекционной болезни происходит недалеко от места их проживания…


>>