| 0 |
|
Новая технология, разработанная в Мичиганском университете (U-M), призвана предотвратить пожары по вине возгораний аккумуляторов, подобные тем, что спустили с неба на землю флот Боингов 787 Dreamliner в 2013 г.
Суть инновации, о которой рассказано в номере Nature Communications за 27 января — в прочном барьере между электродами литий-ионной батареи. Он сделан из нановолокон кевлара, материала, используемого в пуленепробиваемых жилетах, и препятствует разрастанию металлических «щупалец», которые служат нежелательными проводниками электрического тока, способными вызывать короткое замыкание.
Коллектив разработчиков из U-M также учредил компанию Elegus Technologies. Она базируется в Анн-Арбор (штат Мичиган) и займется выводом новой технологии из лаборатории на рынок. Массовый выпуск батарей с кевларовым барьером-сепаратором, по плану, должен начаться в IV квартале следующего года.
«В отличие от других сверхпрочных материалов, таких как углеродные нанотрубки, кевлар является изолятором, — пояснил профессор Николас Котов (Nicholas Kotov). — Это свойство идеально для сепараторов, нужных для того, чтобы предотвращать короткое замыкание двух электродов».
Литий-ионные батареи работают, перенося ионы лития с одного электрода на другой. Это создает зарядовый дисбаланс, а так как электроны не могут проникать сквозь мембрану между двумя электродами, они путешествуют окольным путем через внешнюю электрическую цепь, производя полезную работу.
Но если отверстия в мембране слишком велики, литиевые ионы могут образовывать ветвистые структуры, называемые дендритами, которые растут и, в конечном итоге, пронизывают мембрану. В случае, если они достигают другого электрода, создается путь для электронов внутри самой батареи — происходит короткое замыкание. Именно это, по официальной версии, могло послужить причиной серии инцидентов на авиалайнерах.
Вершина дендрита имеет диаметр всего несколько нанометров и очень важно, чтобы поры в материале сепаратора были еще меньше. В большинстве распространенных мембран поры имеют размеры порядка нескольких сот нанометров, но в кевларовом барьере, созданном в U-M, они не превышают 15-20 нм в поперечнике. Этого достаточно, чтобы пропускать литиевые ионы, но блокировать продвижение 20-50-нанометровых верхушек дендритных структур.
Мембрана из кевлара может быть очень тонкой, это позволяет получать больше энергии от батареи не увеличивая габариты последней, либо сделать ее более компактной без ущерба для работоспособности. Еще одним достоинством кевлара является термостойкость, увеличивающая шансы батарей пережить пожар.
Около трех десятков компаний уже запросили образцы нового мембранного материала. Сами исследователи в настоящее время ищут способы дополнительно увеличить поток свободных литиевых ионов через барьер: это позволит батареям быстрее разряжаться и восполнять заряд.
Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI
| 0 |
|
