Калифорнийский университет создал новую мембрану батареи, чтобы избежать взрывов из-за перегрева батареи, используя сети из углеродных нанотрубок

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Umhlinzeki Wesiteshi Samandla Esiphathekayo

Наноинженер из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработал безопасную функцию, которая предотвращает быстрый нагрев и возгорание литий-металлических аккумуляторов при коротком замыкании. Лю Пин, профессор наноинженерии из Калифорнии, Сан-Диего, опубликовал статью в журнале «Advanced Materials», опубликованную в журнале «Advanced Materials», в которой подробно представил свою работу. Литий-металлические аккумуляторы обладают большим потенциалом производительности, но в нынешнем виде они легко выходят из строя.

Это происходит из-за роста игольчатой ​​структуры, называемой дендритным кристаллом; дендриты образуются на аноде после зарядки аккумулятора, и сепаратор может быть проколот, а сепаратор образуется между анодом и катодом. Барьер, замедляющий поток энергии и тепла. Когда это препятствие разрушено и электроны могут течь более свободно, они производят больше калорий, и ситуация выходит из-под контроля, что приводит к перегреву батареи, выходу ее из строя, возгоранию и даже взрыву.

Ученые пытаются решить эти проблемы в литий-металлических аккумуляторах разными способами, используя ультразвуковые или специальные защитные слои, хотя это лишь несколько возможностей. Команда очистила часть батареи, называемую диафрагмой. Диафрагма является барьером между положительным и отрицательным электродами, благодаря чему при коротком замыкании батареи накопленная в ней энергия (то есть тепло) течет медленнее.

Первый автор диссертации ошеломил: «Мы не пытаемся предотвратить отказ батареи. Мы просто делаем аккумулятор более безопасным, поэтому в случае выхода из строя он не загорится и не взорвется. Литий-металлические аккумуляторы После повторной зарядки в аноде появится анод.

Со временем дендритный рост становится достаточно длинным, проникает в диафрагму, образуя мостик между анодом и катодом, вызывая внутренние короткие замыкания. Когда это происходит, поток электронов между двумя электродами выходит из-под контроля, что приводит к перегреву батареи и прекращению ее работы. Исследовательская группа Калифорнийского университета в Сан-Диего в целом успокоилась.

Одна сторона покрыта тонким слоем частично электропроводящей сети углеродных нанотрубок, которая может препятствовать образованию дендритов. Когда дендритная паста попадает на диафрагму и попадает на сетку углеродных нанотрубок, в электронном поле появляется канал, который может медленно разряжаться, а не напрямую на катод. Гонсалес сравнит новый сепаратор аккумуляторной батареи с дренажным каналом на плотине.

Он сказал: «Когда плотина начнет заполняться, вы откроете водосброс и позволите некоторому количеству воды вытекать контролируемым образом. Таким образом, когда плотина действительно прорезана, воды не так много, чтобы вызвать наводнение. В этом и заключается идея нашего сепаратора, который значительно снижает скорость разряда заряда, предотвращая электронное «затопление» катода.

Когда дендрит перехватывается проводящим слоем сепаратора, батарея начинает разряжаться, поэтому при коротком замыкании батареи энергии недостаточно, чтобы представлять опасность. «Другие исследования в области аккумуляторов сосредоточены на блокировании проникновения дендритов с помощью достаточно прочного материала. Однако Гонсалес отметил, что проблема такого подхода в том, что он лишь расширяет неизбежные результаты.

Эти сепараторы все еще должны хорошо пропускать ионы, чтобы батарея работала. Поэтому, когда дерево наконец будет пройдено, короткое замыкание усилится. В ходе испытаний литий-металлическая батарея, установленная в новом сепараторе, проявляет признаки постепенного выхода из строя за 20–30 циклов.

В то же время аккумулятор и обычный (и немного толстый) сепаратор внезапно выходят из строя в одном цикле. «В реальной ситуации вы не получите никаких предварительных предупреждений о том, что аккумулятор скоро разрядится. В предыдущую секунду все может быть в порядке, но в следующую секунду произойдет возгорание или полное короткое замыкание.

«Это непредсказуемо», — сказал Гонсалес. «Но с нашим сепаратором вы будете предупреждены заранее, становится хуже, становится хуже, становится хуже, становится все больше и больше,. «Хотя основное внимание в данном исследовании уделяется литий-металлическим аккумуляторам, исследователи утверждают, что этот сепаратор может также использоваться в литий-ионных и других химических реакциях аккумуляторов.

Исследовательская группа будет заниматься оптимизацией коммерческого использования сепаратора. Калифорнийский университет в Сан-Диего подал заявку на временный патент на исследование.