Литиевые батареи смогут сами сообщать о возможном коротком замыкании и тепловом разгоне
- Исследователи Института химии Китайской академии наук создали композитный твёрдый электролит для обнаружения литиевых дендритов.
- При проникновении дендритов через полимерный слой реакция на границе материалов создаёт измеримый сигнал напряжения до серьёзного короткого замыкания.
- Материал сочетает наночастицы неорганического электролита-чувствительные элементы и полимерный защитный слой.
Почему это важно: Раннее обнаружение особенно важно для электротранспорта и крупных систем хранения энергии, где короткое замыкание может иметь серьёзные последствия.
Исследователи Института химии Китайской академии наук разработали композитный твёрдый электролит, который способен обнаруживать образование литиевых дендритов внутри аккумулятора и предупреждать о потенциальной опасности ещё до возникновения серьёзного короткого замыкания. Разработка призвана повысить безопасность литиевых аккумуляторов и сделать системы контроля их состояния более эффективными.
Литиевые дендриты — это древовидные образования, которые могут появляться на поверхности лития во время зарядки и разрядки аккумулятора. По мере роста они способны проникать через электролит и достигать противоположного электрода, вызывая внутреннее короткое замыкание и потенциально приводя к тепловому разгону. Существующие системы контроля безопасности преимущественно используют внешние датчики температуры и давления, поэтому им сложно обнаруживать локальные дефекты на ранних стадиях.
Команда Го Юйго из лаборатории молекулярных наноструктур и нанотехнологий предложила использовать твёрдый электролит не только для переноса ионов лития, но и для непосредственного обнаружения дендритов. При разработке учёные вдохновлялись принципом преобразования электрохимических сигналов в электрические, используемым биологическими нейронами.
В состав композитного материала входят наночастицы неорганического твёрдого электролита, выполняющие роль чувствительных элементов, и полимерный электролит, который служит защитным слоем. Такая конструкция обеспечивает перенос ионов лития и предотвращает непосредственный контакт неорганических компонентов с металлическим литием при нормальной работе аккумулятора.
Если дендриты проникают через полимерный слой и достигают неорганических компонентов, на границе между материалами начинается химическая реакция. Она преобразует локальное проникновение дендрита в измеримый электрический сигнал. По результатам исследования, композитный электролит способен формировать заметный внешний сигнал напряжения ещё до возникновения серьёзного внутреннего короткого замыкания.
Таким образом, материал позволяет перейти от пассивного подавления роста дендритов к их активному обнаружению. Разработка может стать основой для создания аккумуляторов с собственной системой раннего предупреждения об опасных изменениях внутри элементов. Это особенно важно для электротранспорта и крупных систем хранения энергии, где внутреннее короткое замыкание может привести к серьёзным (а в ряде случае и фатальным) последствиям.
© iXBT
