Исследователи во главе с профессором химии Джозефом ДеСимоном (Joseph DeSimone) из университета Северной Каролины обнаружили, что горючие составляющие современных литиево-ионных аккумуляторов могут быть заменены на менее опасный электролит.
Научная работа, которая была опубликована 10 февраля 2014 года в журнале PNAS, прокладывает путь к разработке литиево-ионных аккумуляторов нового поколения, которые не будут спонтанно воспламеняться при высоких температурах. Возможно, если открытие будет применено на практике, это поможет вернуть доверие потребителей к этой технологии, упавшее после недавних воспламенений батарей на борту самолёта Boeing 787 Dreamliner в аэропорту Хитроу и в автомобилях TeslaModel S.
Сегодня литиево-ионные аккумуляторы окружают нас повсюду.Они питают не только мобильные телефоны, планшеты и ноутбуки, но и электрические автомобили и гигантские авиалайнеры. Все модели батарей объединяет одно – в них в качестве электролита используется легковоспламеняющаяся жидкость. Ионы лития курсируют через эту жидкость от одного электрода к другому, когда батарея заряжается. Но если батарея перегреется, электролит может загореться – тогда и батарея спонтанно воспламенится.
"Самовозгорание редко грозит обычному мобильному устройству: люди их постоянно меняют, к тому же маленькие размеры телефонов не дадут развиться разрушительным последствиям, – объясняет Доминика Вон (Dominica Wong), аспирантка, работающая в лаборатории ДеСимона и возглавившая проект. – Но когда огромные батареи, установленные в электромобилях или самолётах, воспламеняются, последствия могут быть катастрофическими".
"По всему миру миллионы людей пользуются подобными аккумуляторами, так что, наверняка, многие не отказались бы от усовершенствования их безопасности, – считает ДеСимон. – Исследователи искали возможные заменители опасного электролита в течение многих лет, но никто никогда раньше не думал использовать материал под названием перфторполиэфир (PFPE) вкачестве основного электролита для литиево-ионных батарей".
Предыдущие исследования смогли выявить альтернативные негорючие электролиты, которые теоретически можно использовать в литиево-ионных аккумуляторах. Но оказалось, что эти альтернативы ухудшают характеристики устройств.
"Помимо своей негорючести PFPE демонстрирует весьма интересные свойства, например, он даёт ионам возможность свободно проходить через него, – рассказывает Вон. – Таким образом, этот электролит превосходит все предыдущие варианты".
Открытие началось с того, что ДеСимон изучал перфторполиэфир для проекта Управления военно-морских исследований (Office of Naval Research): задачей было предотвратить прилипание различных морских существ к той части кораблей, что находятся под водой. Профессор обнаружил, что PFPE отличается химической структурой, подобной полимерным электролитам, обычно используемым в литиево-ионных аккумуляторах. PFPE – далеко не новое вещество, оно давно уже используется в качестве смазки для промышленного оборудования.
"Когда мы обнаружили, что соли лития могут двигаться в этом полимере, мы решили использовать его в качестве электролита, – рассказывает Вон. – Большинство полимеров не смешиваются с солями, но PFPE это сделал и остался негорючим. Это был неожиданный результат".
После этого команда Ниташа Балсары (Nitash Balsara), старшего сотрудника Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory), изучила транспортировку ионов лития в электролите и признала его пригодным к использованию в батареях. Однако, для того чтобы предложить перфторполиэфир в качестве "начинки" для коммерческих аккумуляторов, исследователямещё предстоитсосредоточиться на оптимизации проводимости электролита и усовершенствованиях характеристик батарей на его основе.
Также по теме:
Создан первый дешёвый аккумулятор для возобновляемой энергии
На смену литиево-ионным аккумуляторам могут прийти батарейки из соли и сахара
Инженеры представили растягивающийся в три раза аккумулятор
Литиево-ионные аккумуляторы можно печатать при комнатной температуре
Тепло тела превратили в энергию для микроприборов
Ученые придумали, как зарядить смартфон мочой
