Новая защита Li-ion из Сингапура управляет дендритами и коротким замыканием

Nov 11, 2021

Учёные из Сингапура разработали защиту Li-ion-технологии от короткого замыкания литий-ионного аккумулятора при образовании дендритов*. Её применение снижает риски внезапного самовоспламенения при старении батарей.

* — дендриты представляют собой литиевые токопроводящие ветвистые отложения на электродах аккумулятора, со временем их становится всё больше.

Короткое замыкание Li-ion-аккумуляторов приводит к тепловому разгону (внешне напоминает взрыв). Самые известные инциденты с ожогами, повреждениями имущества случались у Samsung со смартфонами Galaxy Note 7 (о причинах).

Физику процесса следует взять под контроль. Этим как раз занимаются различной степени навороченности платы защиты. Ячейки без риска короткого замыкания разработали учёные Наньянского технологического университета [официальный сайт].

Пример теплового разгона при перезаряде литий-полимерного аккумулятора. Источник youtube-канал KREOSAN.

Почему меня должно волновать короткое замыкание литий-ионного аккумулятора?

Электросамокаты, электровелосипеды, ноутбуки, смартфоны и гаджеты вплоть до беспроводных наушников — лихо самовоспламеняются все они без исключения (свежие случаи). Пожар вызван коротким замыканием внутри заряженного аккумулятора литий-ионного типа.

Причина в неправильной зарядке или во внешних факторах (падение, перегрев, попадание воды).

Чтобы победить опасность производители оснащают электронику продвинутыми системами защиты:

• смартфон отключается до того, как его батарея реально разрядится;
• зарядник даёт столько тока, сколько аккумулятор безопасно примет;
• терморезистор контролирует температуру.

Теперь к ним добавится ещё одна система безопасности.

Последовательное образование дендритов на поверхности катода литий-ионного аккумулятора. Источник nature.com.

От чего до сих пор нет эффективной защиты Li-ion аккумуляторов?

Среди прочих опасностей литий-ионной батареи есть одна неминуемая ловушка. Она уготована всем ячейкам — старение.

Возникновение короткого замыкания из-за дендритов в литий-ионных аккумуляторах

• С годами на электродах копятся отложения лития (дендриты)**;
• чем их больше, тем выше риск проникновения сквозь сепаратор токопроводящих материалов;
• между катодом и анодом пробивает контакт через многолетние отложения;
• возникает короткое замыкание с воспламенением.

** - Рост дендритов у литий-ионной технологии ускоряется быстрой зарядкой [SAE, Общество Автомобильных Инженеров].

Учёные остановили проникновение отложений лития в сепаратор (разделительный слой). Как им это удалось, ведь ионы лития должны проникать через этот материал?

Схематичное изображение, как работает защита NTU Anti-Short.

Научные работы сейчас направлены на остановку процессов образования дендритов на поверхностях электродов.

• Исследуют новые покрытия катода,
• ищут присадки в электролит,
• изучают особенности зарядки (при помощи ИИ).

В Сингапуре решили не препятствовать физическим процессам. Учёные предложили использовать внутренние свойства дендритов.

Принцип работы NTU Anti-Short

• поверх сепаратора наносится токопроводящий материал;
• этот материал проводит ионы лития, но достаточно прочен к внешнему воздействию;
• дендриты упираются в защитный материал, уплотняя контакт;
• отложения лития не могут проникнуть через защиту сквозь сепаратор к противоположному электроду.

Учёные из NTU уже подали патент. Коммерческой продажей технологии займётся NTUitive.

Источник:

PDF-файл с научными сведениями защиты Li-ion «NTU Anti-Short».

Узнайте ещё одну технологию 2021-го года от аккумуляторного магната CATL. Эта китайская компания создаёт и производит батареи для iPhone.

Наука про Li-ion

Пишите вопросы в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.