Самовозгорания и взрывы литий-ионных аккумуляторов в
смартфонах уже не воспринимаются как из ряда вон выходящие события. На
современном технологическом этапе развития этих широко распространенных
благодаря своей высокой емкости накопителей электроэнергии,
ученые-электрохимики пока не сумели исключить появление и рост дендритов на
литиевом электроде, который может приводить к короткому замыканию анода и
катода аккумулятора, вследствие чего и происходит самовозгорание источника
питания. «Может приводить» сказано потому, что процесс этого роста далеко не
всегда заканчивается катастрофическим результатом - его вероятность составляет
сотые доли процента (судя, хотя бы по отношению количества загоревшихся
смартфонов к количеству проданных смартфонов). Но, несмотря на то, что
вероятность самовозгорания литий-ионных аккумуляторов ничтожно мала, ни
пользователи, ни производители, ни разработчики технологии производства этих
популярных устройств не собираются с ней мириться. И во многих лабораториях
мира десятилетиями идут поиски, направленные на создание в литий-ионных
аккумуляторах условий, при которых литиевые дендриты не смогут возникать.
Лучшим решением на сегодняшний день считается использование
в аккумуляторах графитовых электродов, насыщенных литием. В таких аккумуляторах
дендриты не появляются, но платой за это достижение является десятикратное
снижение удельной емкости, что, естественно, неприемлемо (во всем мире идет
борьба за наращивание этого показателя, а тут приходится идти в обратном
направлении!).
И вот недавно создан прототип усовершенствованного
литий-ионного аккумулятора, в котором при эксплуатации не наблюдается даже
признаков дендритов, а удельная емкость осталась такой же высокой, как и у
«самозагорающегося» аналога. Это решение разработано группой ученых,
сформированной из сотрудников Института наноматериалов Дрексельского
университета (Филадельфия, США), Университета Цинхуа (Пекин, КНР), Хуачжунского
университета науки и технологии (Ухань, КНР). Ключевая идея изобретения состоит
в том, чтобы при осаждении ионов лития на поверхность литиевого электрода она
оставалась максимально гладкой. То есть не возникало бы центров кристаллизации,
с которых могут начаться процессы развития дендритов. А как получить идеально
гладкую металлическую поверхность при электролитическом осаждении известно
довольно давно: в электролит добавляют наноразмерные крупинки алмазов
(наноалмазы). Благодаря тому, что их кристаллическая решетка (даже в
наноразмерах) имеет упорядоченную структуру, при осаждении они слипаются,
образуя однородную гладкую поверхность, в которую «втягиваются» ионы металла,
закрепившиеся в электролите на поверхностях наноалмазов.
Исследователи американо-китайской группы внесли в электролит
с ионами лития наноалмазы с размерами не более 5 нм, которые абсорбировали ионы
лития. При осаждении наноалмазы (с абсорбированными ионами лития) образуют на
поверхности электрода огромное количество точек роста, вследствие чего
обеспечивается высокая однородность и гладкость покрытия. И на такой зеркальной
поверхности нет и следов центров «паразитной кристаллизации», которые могут
спровоцировать возникновение дендритов.
Электронная микроскопия не обнаружила никаких признаков
дендритов даже после 100 циклов заряда/разряда экспериментальных образцов
аккумуляторов.
Комментарии
Отправить комментарий