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

12.09.2018 18:00:00

Сотрудники геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова провели исследования арктического кратера на полуострове Ямал, выяснили причину его образования и открыли новое геологическое явление, ранее известное только для ледяных планет и планетоидов.

>>
07.09.2018 10:00:00

Сотрудник кафедры зоологии позвоночных МГУ имени М.В. Ломоносова в ходе международной экспедиции нашёл и описал новый вид тонконогих чесночниц. Вид назвали Leptobrachium tenasserimense.

>>
04.09.2018 10:00:00

...возможно, на Марсе есть подледное озеро жидкой воды шириной 20 км...


...редактирование геномов с помощью CRISPR-Cas9 может вызывать обширные делеции и геномные перестройки, затрагивающие многие тысячи нуклеотидов и потенциально патогенные...


...гугл-очки с функцией распознавания эмоций по выражению лица снижают проявления аутизма у детей...


>>
31.08.2018 10:00:00

Однозначно ответить на вопрос, какая сила позволяет паукам летать на своей расправленной паутине, никто не может почти двести лет. Похоже на электрическое явление, но никто пока что не собрался изучить связь паука с электричеством. Этот промах исправили Эрика Морли и Дэниэл Роберт из Бристольского университета.

>>
29.08.2018 13:00:00

Ответ на вопрос, заданный в заголовке, искали орнитологи во главе с Мартином Найфеллером из Базельского университета. Правда, не для всех птиц, а для тех, что уничтожают вредителей садов и огородов.

>>