Каким образом можно предотвратить взрыв смартфона в результате возгорания? Исследователи посчитали, что ответ прост – вживить крошечный "огнетушитель" внутрь аккумулятора.
Сегодня во многих телефонах, ноутбуках и других портативных устройствах используются литиево-ионные аккумуляторы. Они достаточно лёгкие и эффективные. Однако у них есть серьёзный недостаток – легковоспламеняющиеся жидкие компоненты.
Относительно недавно стали появляться сообщения о частых возгораниях смартфонов (что в итоге привело к приостановке продаж модели Samsung Galaxy Note 7). Всё это заставило исследователей несколько ускориться в создании методов, которые помогут сделать литиевые аккумуляторы безопасными.
Некоторые учёные посчитали, что необходимо добавить огнезащитные химические вещества в аккумуляторную жидкость – электролит. Правда, при этом уменьшается проводимость электролита, что снижает эффективность батареи в целом.
Специалист И Цуй (Yi Cui) и его исследовательская группа из Стэнфордского университета решили эту проблему немного другим способом: они также считают, что необходимо использовать огнезащитные химические вещества, но их нужно помещать в тонкую полимерную капсулу. Последняя будет отделять "спасительные" вещества от электролита.
В своей работе учёные используют фосфоросодержащую смесь под названием TPP (трифенилфосфат).
Идея заключается в том, что огнезащитные вещества будут выпускаться в электролит только в том случае, если батарея перегреется и расплавит полимерную оболочку капсулы. В результате это будет походить на действие огнетушителя, который автоматически срабатывает при слишком "жаркой обстановке".
Во время тестирования капсул в горящей жидкости аккумуляторов они быстро расплавились и выпустили огнезащитное средство, справившееся с возгоранием всего за полсекунды (а то и меньше). Более того, полимерные капсулы тестировались и в обыкновенных литиевых аккумуляторах. Результаты показали, что их производительность не снижалась.
По словам Цуя, если капсулы покажут свою эффективность в предотвращении возгорания аккумуляторов в реальных условиях, то они могут сделать литиевые батареи более безопасными для использования в электрических транспортных средствах и самолётах.
Прочность капсулы будет решающим фактором, отмечает сторонний исследователь Нирадж Шарма (Neeraj Sharma) из Университета Нового Южного Уэльса. "Если они будут использоваться в электромобилях, то необходимо, чтобы они служили порядка 10-20 лет", — говорит он.
Цуй и его коллеги заметили, что всё-таки небольшое количество огнезащитного средства диффундирует (проникает) сквозь полимерную капсулу в электролит, когда литиевый аккумулятор заряжается и разряжается (порядка 360 раз).
В течение длительного периода времени подобная утечка в конечном счёте может ухудшить проводимость электролита. "Поэтому необходимы дальнейшие испытания", — заключает Цуй.
Результаты исследования, плюсы и минусы "молекулярного огнетушителя" опубликованы в журнале Science Advances.
Добавим, что ранее был создан быстро самоуничтожающийся аккумулятор для шпионов и врачей. Помимо этого, были придуманы гибкие аккумуляторы, которые заряжаются за минуту, а также новая "умная батарея", выключающаяся при перегреве.
