Молекулярен пожарогасител предпазва батериите от самозапалване

Наука ОFFNews Последна промяна на 16 януари 2017 в 16:23 13227 1

Изображение със сканиращ електронен микроскоп. Мащабна мярка, 5 μm. Източник: Liu et al. Sci. Adv. 2017;3:e1601978

Учени са разработили "молекулярен пожарогасител", който се активира при прегряване на литиево-йонните батерии и моментално прекратява евентуалния пожар и експлозия, съобщи phys.org.

В своята статия, публикувана в списание Science Advances, екипът изследователи от Станфордския университет описва своята техника и резултатите от тестовете.

Литиево-йонните батерии се използват в съвременните смартфони, таблети, лаптопи и дори електромобили, защото осигуряват висок капацитет, доста бързо зареждане и многократен цикъл на употреба. Обаче малкият размер на клетките, пълненето им със запалими вещества и натрупаната енергия определя батериите като най-опасната част на всяко устройством която може без видима причина да се взриви и да се запали. 

За съжаление до този момент инженерите не успяа да решят проблема напълно. Повечето усилия са насочени към промяна на конструкцията на устройствата, за да се предотврати късо съединение и по този начин прегряване или се влагат огнезащитни вещества директно в батериите. Нито един от тези подходи не дава задоволителни и доказани резултати. Промяната в конструкцията не винаги решава проблема и добавянето на огнезащитни вещества значително намалява ефективността на батерията. 

Учените от Станфорд, водени от И Цуй (Yi Cui) предлагат коренно различен подход - не да се спира прегряването, когато настъпи, а да се предотврати пожара.

В лабораторните експерименти екипът използва обикновен трифенилфосфат (ТРР), който широко е използван за намаляване на запалимостта на полимери и пластмаси.

Новият метод включва капсулиране на популярния огнезащитен материал-забавител трифенилфосфат в изключително малка обвивка, направена от пластмасови влакна и да се поставят няколко от тях в електролита, който е разположен между анода и катода.

Обвивката предпазва забавителите от контакт с електролитния материал, който е запалим и източник на повечето пожари в батериите. Но пластмасовите влакна в обвивката имат точка на топене 160° по Целзий. Ако се достигне тази температура, пластмасата ще се стопи и забавителят ще се освободи в електролита потушавайки потенциалния пожар.

Схема на метода. Източник: Liu et al. Sci. Adv. 2017;3:e1601978

Обвивката от поли-(винилиденфторид хексафторопропилен) (PVDF-HFP) е поставена в модел на електрохимични клетки, имитиращи нормална батерия. По-малко от секунда след изкуствено създаденото прегряване PVDF-HFP се разрушава и освобождава трифенилфосфата, който и се слива с електролита само за 0,4 секунди и предотвратява пожара. Експериментите с обикновени батерии показват, че влагането на материала не снижава тяхната производителност.

Основното предизвикателство на новата технология може да се окаже трайността на капсулите. Учените са забелязали, че след няколко стотин (при тестовете - 360) разрядни цикли на батерията част от молекулите на ТЕЦ все пак се просмуква през обвивката в разтвора на електролита и намалява ефективността на работата му. За търговска употреба това не е достатъчно - "молекулярният" пожарогасител трябва да може да издържи поне няколко хиляди презарежданията.

GIF анимация, показваща запалимостта на електролитите  в присъствието на TPP@PVDF-HFP. Пламъците на електролита намаляват бързо и са напълно погасени в рамките на 0,4 секунди. Източник: Liu et al. Sci. Adv. 2017;3:e1601978

На практика се приема, че подобни явления в устройството ще стартира хардуерна грешка, сигнализирайки на потребителя за това, което се е случва преди батерията да спре да работи. След това потребителят вероятно ще трябва да закупи нова батерия, за да продължи да използва устройството си, но то ще оцелее след прегряването.

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!