Рост применения аккумуляторов в различных отраслях промышленности обеспечивают высокая плотность тока и емкость, а также приемлемые массогабаритные характеристики. Однако интенсивное тепловыделение в процессе циклов заряда и разряда, даже при типичных условиях эксплуатации, может привести к уменьшению эффективной поверхности теплообмена с окружающей средой или увеличению плотности вырабатываемой электрической энергии.
Электрические аккумуляторы состоят из катода и анода, разделённых пористым сепаратором, пропитанным электролитом. При повреждении сепаратора возможно перегревание и даже возгорание батареи, вызванное нагревом, коротким замыканием или образованием литиевых дендритов.
Учёные из Санкт-Петербурга разработали полимер с атомами никеля, который, подвергаясь окислению, прекращает проводить электрический ток. Этот полимер наносится между фольгой и катодным веществом аккумулятора, обеспечивая проводимость электричества. При превышении определённого напряжения полимер прекращает проводить ток, что предотвращает самовозгорание аккумулятора в случае превышения напряжения или короткого замыкания.
Результаты стресс-тестов аккумуляторов-монет, использованных в умных часах: эти небольшие батареи, сопоставимые по размеру с монетой, обладают рабочим диапазоном от 2,8 вольта (предотвращение разряда) до 5 вольт (напряжение зарядного устройства для смартфонов). При выходе напряжения за пределы указанного диапазона защита срабатывала с эффективностью 100%.
Внедрение полимерного слоя сократило ёмкость и производительность аккумулятора всего на 10%, однако обеспечило 100% эффективную защиту от возгорания при выходе напряжения за установленные пределы.
Проект был поддержан грантом РНФ, как сообщил исполнитель проекта, О. Левин, доктор химических наук и профессор кафедры электрохимии СПбГУ. Он отметил, что команда стремится к масштабированию производства литий-ионных аккумуляторов с использованием разработанного полимерного слоя.
В настоящее время ведутся переговоры с потенциальными инвесторами. Исследователи провели стресс-тесты на небольших аккумуляторах и планируют проверить свою технологию на больших устройствах, например, на телефонах, в будущем. После успешных тестов планируется запустить серийное производство новых безопасных аккумуляторов.
Тема хранения энергии и систем хранения энергии (СНЭ, ESS) становится всё более актуальной, особенно в контексте расширения возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Ученые ТПУ и СПбГМТУ сообщили о результатах исследований, касающихся перспектив унификации оценки репрезентативных температур ячеек электрохимических батарей.
