Исследователи из Стэнфорда разработали первую литий-ионную батарею, которая автоматически отключается, защищаясь от чрезмерного нагрева, грозящего взрывом. После снижения температуры устройство возобновляет работу.

Профессор химических технологий Чжэнань Бао (Zhenan Bao) и её коллеги рассказали о своем изобретении во вчерашнем номере нового журнала Nature Energy.

В типичной литий-ионной батарее, при коротком замыкании, затянувшейся сверх необходимого зарядке или нарушении целостности генерируется тепло. Если в результате электролит нагревается до 150°C, возникает риск возгорания и взрыва.

С этой опасностью пытаются бороться, добавляя в электролит замедлители горения, а в 2014 г., стэнфордский инженер создал «умную» батарею, которая заблаговременно предупреждает о повышении температуры. К сожалению, эти методы необратимы, и батарея после перегрева становится бесполезной.

В новой конструкции, команда Бао использовала изобретённый ими недавно гибкий сенсор для мониторинга температуры человеческого тела. Он состоял из полимерного материала с внедрёнными в него шипастыми никелевыми наночастицами. Исследователи покрыли частицы никеля графеном и внедрили их в тонкую плёнку полиэтилена. Затем, эту плёнку они прикрепили к одному из электродов батареи, так что через неё протекал электрический ток.

Такая плёнка сохраняла электропроводность только если шипастые частицы физически контактировали между собой. Но при нагреве выше 70°C полиэтилен начинал стремительно увеличиваться в объеме, частицы расходились и плёнка переставала проводить электричество. Процесс этот оказался обратимым: уменьшение температуры ниже этого значения быстро и полноценно восстанавливало функциональность батареи.

Экспериментируя с разными полимерными основами и меняя концентрацию частиц никеля ученые смогли в широких пределах регулировать температурный предел, заставляя батарею отключаться при достижении 50-100°C.