Литий-ионные аккумуляторы используются в бесчисленных вещах, таких как телефоны, ноутбуки, автомобили и самолеты. Они производятся в довольно большом количестве, и были случаи, когда эти батареи загорались. Хотя вероятность этого достаточно мала, однако из-за того, что такое большое количество таких батарей производится ежедневно, риск вполне реален и присутствует. Это побудило исследователей из Стэнфордского университета создать литий-ионную батарею, которая будет предупреждать пользователей, если батарея нагревается и существует риск ее возгорания.
Обычная литий-ионная батарея состоит из углеродного анода и катода, изготовленных из оксида лития и разделенных сверхтонким полимером. Используемый сепаратор является пористым, что позволяет ионам лития легко перемещаться между электродами. Эти электроды содержатся в огнеопасном растворе электролита. Все хорошо, проблема возникает, когда металлические частицы или частицы пыли попадают в сепаратор на этапе производства или когда аккумулятор заряжается с пугающе высокой скоростью, пока он очень холодный. Такой заряд приводит к накоплению ионов лития в аноде, а также к образованию дендритов. Дендриты при входе в сепаратор вступают в контакт с катодом, что приводит к короткому замыканию батареи, которое обеспечивает воспламенение электролитического раствора, который является легковоспламеняющимся.
Неудивительно, что другие исследовательские группы сосредоточились на создании негорючих электролитов, но Йи Цуй, доцент кафедры материаловедения и инженерии вместе со своими коллегами в Стэнфорде, решил создать «умную» литий-ионную батарею. если есть риск возгорания батареи. Им удалось добиться этого путем нанесения нанослоя меди на одну сторону сепаратора, тем самым вводя третий электрод в смесь, расположенную между анодом и катодом.
Аспирант Денис Чжуо сказал: «Медный слой действует как датчик, который позволяет ему измерять разницу напряжения между анодом и сепаратором. Когда дендриты растут достаточно, чтобы достичь медного покрытия, напряжение падает до нуля. Это позволяет вам знать, что дендриты выросли до половины батареи. Это предупреждение о том, что батарея должна быть удалена до того, как дендриты достигают катода и вызывают короткое замыкание ».
Чжу также объяснил, что когда этот разделитель с покрытием обнаруживает, что значение напряжения равно нулю, на устройстве отображается сообщение, указывающее пользователю, что необходимо заменить батарею. Хуэй Ву, член докторской группы, сказал: «Медное покрытие на полимерном сепараторе имеет толщину всего 50 нанометров, примерно в 500 раз тоньше, чем сам сепаратор. Сепаратор с покрытием является достаточно гибким и пористым, как и обычный полимерный сепаратор, поэтому он оказывает незначительное влияние на поток ионов лития между катодом и анодом. Добавление этого тонкого проводящего слоя не меняет производительность батареи, но может иметь большое значение с точки зрения безопасности ».
Цуй также заявил, что этот подход будет работать на батареях, которые не сделаны из литий-ионного, что позволяет пользователю обнаружить немного, прежде чем произойдет взрыв. Очень хорошо, нет?
