 Новая технология батарей, разработанная исследователями из Университета штата Мичиган, позволит предотвратить вид пожаров, аналогичных Boeing 787 Dreamliner в 2013 году.
Инновация представляет собой расширенный барьер между электродами в литий-ионном аккумуляторе. Новый барьер сделан из нановолокон, извлеченных из кевлара (жесткого материала в бронежилетах). Барьер сдерживает рост металлических усиков, которые могут стать нежелательными путями для электрического тока.
Команда исследователей также основала компанию Elegus technologies, чтобы вывести это исследование из лаборатории на рынок. Массовое производство, как ожидается, начнется в четвертом квартале 2016 года.
В отличие от других ультра-прочных материалов, таких как углеродные нанотрубки, кевлар является изолятором. Это свойство является идеальным для сепараторов, которые должны предотвратить короткое замыкание между двумя электродами.
Литий-ионные батареи работают посредством переноса ионов лития с одного электрода на другой. Это создает дисбаланс заряда, и так как электроны не могут пройти через мембрану между электродами, они идут через схему, и делают что-то полезное на этом пути.
Но если отверстия в мембране слишком большие, атомы лития может построить себя в папоротниковые структуры, называемые дендритами, которые в конечном итоге проходят через мембрану. Если они достигают другого электрода, электроны вызывают короткое замыкание цепи.
Форму папоротника особенно трудно остановить из-за ее наноразмерных наконечников. Очень важно, чтобы волокна образовали более мелкие поры, чем размер наконечника.
В то время как ширина пор в других мембранах составляет несколько сотен нанометров, или несколько сотен тысячных сантиметра, поры в мембране, разработанной в УМ имеют размеры 15х20 нанометров. Они достаточно велики, чтобы позволить проходить отдельным ионам лития, но достаточно малы, чтобы блокировать нанометровые концы 20х50 папоротниковых структур.
Исследователи изготовили мембрану путем наслаивания волокон на верхней части друг с другом в тонкие листы. Этот метод сохраняет молекулы в пластике растянутыми, что важно для хорошей литий-ионной проводимости между электродами.
Особенность этого материала заключается в том, что его можно сделать очень тонким, что позволит получить больше энергии в батарее того же размера, или уменьшить размер батареи. Термостойкость кевлара может также привести к более безопасным батареям, где мембрана имеет больше шансов на устойчивость, чем большинство мембран, используемых в настоящее время.
В настоящее время исследователи ищут способы, чтобы улучшить поток свободных ионов лития, чтобы батареи можно было заряжать и разряжать более быстро.
|
