Инженеры из Национальной лаборатории в Ричланде выяснили причину появления «усов» — микроскопических нитей из лития, которые образуются внутри литий-ионных батарей и приводят к короткому замыканию и взрыву. Открытие позволит создать полностью безопасные перезаряжаемые аккумуляторы такого типа, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature Nanotechnology.
В литий-ионных батареях, установленных в большинство устройств, положительно заряженные катионы лития Li2+ используются в качестве химического «поршня» для проведения электрического заряда через контур.
При полной зарядке катионы находятся в аноде батареи, а как только цепь открывается, перетекают в катод. При этом возникает электрический ток, который позволяет устройству работать.
Исследователи выяснили, что из-за возникновения «усов» внутри литий-ионных батарей при перегреве возникают короткие замыкания — они еще сильнее разогревают электролит (до температуры около 1 000 °C) и превращают его в пузырьки горячего газа. Когда газа становится слишком много, происходит взрыв.
Дальнейшие наблюдения показали, что «усы» растут на катоде и при определенных условиях двигаются в сторону анода со скоростью до 250 нанометров в секунду. Это зависит от структуры кристаллов лития и устройства поверхности самих электродов.
Мы не просто хотели подавить рост отдельных «усов», а понять, что именно порождает их, и ликвидировать общую причину их появления. Я надеюсь, что наше открытие заставит все сообщество иначе взглянуть на эту проблему и найти новые пути для борьбы с ней.
Чунминь Ван, ведущий автор исследования
Ранее химики из России и Китая нашли способ увеличить емкость литий-ионных аккумуляторов, установленных в большинство современных электронных устройств, на 15% при сохранении их размера.