Исследователи из Стэнфордского университета разработали «умный» литий-ионный аккумулятор, который предупредит пользователя о перегреве и, скорее всего, возгорание. Были многочисленные случаи возгорания литий-ионных батарей во всем: от мобильных телефонов и ноутбуков до автомобилей и самолетов. Хотя шансы, что это произойдет, низкие, тот факт, что сотни миллионов литий-ионных батарей производятся и продаются каждый год, означает, что риск все еще очень реален.

Литий-ионные батареи состоят из углеродного анода и металлического литий-оксидного катода, разделенных ультратонким полимером. Этот разделитель пористый, что позволяет ионам лития перемещаться между электродами, которые содержатся в горючем растворе электролита, через которые текут ионы лития.

Но если частицы металла или пыли найдут свой путь в разделителе на стадии изготовления, или если батарея зарядилась слишком быстро, когда была слишком холодной, ионы лития могут накапливаться на анодных волокнах, известных как дендриты. Если эти дендриты проникают в разделитель и вступают в контакт с катодом, в батарее может произойти короткое замыкание, возгорание горючего раствора электролита.

Пока другие исследовательские группы изучают негорючие электролиты, исследователи из Стэнфордского университета работают над разработкой системы раннего предупреждения, которое может использоваться в обычных литий-ионных батареях. Они сделали это путем нанесения нанослоя меди на одну сторону разделителя, который создает третий электрод между анодом и катодом.

Медный слой действует как сенсор, который позволяет измерить разность напряжений между анодом и разделителем. Когда дендриты растут достаточно долго, чтобы достичь медного покрытия, напряжение падает до нуля. Это предупреждение, что батарея должна быть изъята из-за того, что дендриты достигают катода и могут стать причиной короткого замыкания.

Исследователи говорят, что, когда разделитель с покрытием обнаруживает, что напряжение упало до нуля, сообщение об этом может быть отображено на устройстве с предупреждением, что батарея нуждается в замене.

Слой медного покрытия на полимерном разделителе составляет всего 50 нанометров, примерно в 500 раз тоньше, чем сам разделитель. Покрытие разделителя довольно гибкое и пористое, как и обычный полимер, поэтому имеет незначительное влияние на поток ионов лития между катодом и анодом. Добавление этого тонкого слоя не изменяет срок службы аккумулятора, но может иметь огромную разницу со стороны безопасности.

В дополнение к литий-ионным батареям, эта технология будет работать в любой батарее, в том числе цинковых, алюминиевых и других металлических аккумуляторах.