Ученые Санкт-Петербургского государственного университета обнаружили, что слой полимера, нанесенный между слоями фольги и катодного вещества в литий-ионном аккумуляторе, позволяет предотвратить его возгорание или взрыв. Предложенный авторами полимер проводит электричество, но, как только напряжение становится выше, чем то, на которое рассчитан аккумулятор, соединение окисляется и перестает проводить ток. Благодаря этому аккумулятор, использующийся в смартфонах и электромобилях, не перегревается и абсолютно не способен самовозгораться.

Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале ACS Applied Energy Materials.

Литий-ионные аккумуляторы сегодня используются почти везде: в мобильных телефонах, электромобилях, компьютерах — любой технике, где важна способность долго держать заряд. Внутри аккумулятора есть два электрода (элемента, проводящих ток) — катод и анод. Катод состоит из слоя смешанного оксида лития и переходных металлов, нанесенных на алюминиевую фольгу, а анод — из слоя углерода на медной фольге. Электроды разделяет пористый сепаратор, пропитанный электролитом (смесью органических растворителей и солей). Если из-за нагрева или другого воздействия повреждается тонкий разделительный слой (сепаратор), материалы внутри батареи начинают реагировать друг с другом и разлагаться. Такие реакции происходят с выделением тепла, из-за чего батарея за секунды нагревается почти до 600 °C. В России в месяц происходит около 10 случаев возгорания или взрывов аккумуляторов смартфонов.

Наиболее частая причина первичного нагрева, вызывающего возгорание, — короткое замыкание, которое может произойти, например, в результате внешних повреждений. Кроме того, при использовании в холодных условиях или при высоких токах заряда-разряда в аккумуляторах могут появляться литиевые дендриты — тонкие усики лития, которые могут замкнуть устройство. Ни один производитель не гарантирует, что замыкания не произойдет, поэтому аккумулятору нужна защита от возгорания.

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета разработали полимер, способный предотвратить возгорание аккумулятора при замыкании. Это соединение представляет собой органические цепочки, содержащие атомы никеля. В стандартных условиях полимер проводит электрический ток, но при окислении или восстановлении переходит в другое химическое состояние и теряет эту способность.