Негорючие литий-ионные аккумуляторы вместо антикора
О том, что литий-ионные аккумуляторы иногда самопроизвольно воспламеняются и даже взрываются, известно давно. На эту особенность можно было бы закрыть глаза, если бы литий использовался лишь в батарейках для мобильных телефонов или электронных сигарет. Но потребность в емких мобильных хранилищах энергии куда шире. Их используют, например, в энергосистемах аэробусов Боинг и электромобилей Тесла, недавние пожары которых сильно обеспокоили потребителей и подорвали доверие к технологии.
Возможно в ближайшем будущем литиевые аккумуляторы станут значительно безопаснее. Команда исследователей из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл во главе с химиком Джозефом Де Симоне (Joseph DeSimone) неожиданно нашла достойную и безопасную замену горючему компоненту, работая над составом для защиты корабельных днищ от коррозии.
Работа, опубликованная 10 февраля в Трудах Национальной академии наук (Proceedings of the National Academy of Sciences) прокладывает путь к разработке нового поколения литий-ионных аккумуляторов, которые не будут спонтанно воспламеняться от перегрева.
Причина опасности очень нужных всем аккумуляторов в химических свойствах электролита. «Существует большой спрос на эти батареи и огромный спрос на то, чтобы сделать их более безопасными, - говорит Де Симоне. - Исследователи искали замену этому электролиту в течение многих лет, но до сих пор никто не думал над использованием материала под названием перфторполиэфир или ПФПЕ».
Все современные литий-ионные аккумуляторные батареи в самых разных устройствах, от мобильного телефона до гигантского лайнера содержат в себе опасную легковоспламеняющуюся жидкость. Ионы лития движутся в ней от одного электрода к другому во время зарядки, но когда батарея перезаряжена, электролит может воспламениться, последствия чего непредсказуемы.
В прошлом исследователи предлагали немало альтернатив опасному электролиту, но все они негативно влияли на свойства батарей. В отличие от прошлых разработок, «помимо того, что он негорючий, ПФПЕ демонстрирует очень интересные свойства, в частности транспотировку ионов, - рассказала аспирант Доминика Вонг (Dominica Wong). - Это отличает электролит от ряда предыдущих открытий».
ПФПЕ давно известен и широко применяется промышленностью для смазки и в гидравлических системах. Де Симоне работал с ним, когда по заказу военных моряков искал эффективные средства борьбы с обрастанием корпусов морских судов, и обратил внимание на то, что химическая структура перфторполиэфира, похожа на структуру полимерного электролита литий-ионных батарей. «Мы обнаружили, что в этом полимере можно растворять соль лития. Большинство полимеров не смешиваются с солями, но это может, и он негорюч. Это был неожиданный результат», - добавила Доминика Вонг.
За случайной находкой последовали углубленные исследования обнаруженных свойств. Пока еще рано говорить о коммерческом использовании изобретения, предстоит решить ряд проблем, оптимизировать проводимость и зарядные характеристики. Но в случае успеха безопасность литий-ионных батарей существенно возрастёт. Кроме того, их можно будет использовать в экстремально холодных условиях, например для аэрокосмических или морских глубоководных операций.
Facepla.net по материалам PDD
Комментарии:
Экология это
