Аккумуляторы станут безопаснее

А.И. Курамшин

Аккумуляторы станут безопаснее | Научно-популярный журнал «Химия и Жизнь»

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
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...
Маскировка, подсказанная цикадой
Тело цикады покрывают брохосомы. Эти структуры отлично поглощают свет, тем самым помогая ей маскироваться от животных, глаза которых видят в том числе и ультрафиолетовый свет. Используя 3D-принтер, исследователи создали искусственные аналоги брохосом...