Новая технология электролита от CUHK решает проблемы безопасности литий-ионных батарей

От перезаряжаемых батарей в портативных электронных устройствах до источников питания для электрических велосипедов и новых энергетических транспортных средств, аварии безопасности, вызванные пожарами и горением литий-ионных батарей, все больше становятся предметом глобального внимания. Согласно отчету CNN от 22 числа, новая технология, разработанная исследовательской группой из Китайского университета Гонконга (CUHK), может значительно снизить риск взрывов и пожаров литий-ионных батарей, и ожидается, что эта технология будет коммерчески применена в течение следующих 3-5 лет.

Отчет указывает на то, что литий-ионные аккумуляторы широко используются в различных устройствах, начиная от смартфонов и заканчивая транспортными средствами на новых источниках энергии. Исследователи заявили, что литий-ионные аккумуляторы обладают хорошей безопасностью при нормальных условиях эксплуатации, но неправильное использование может привести к пожароопасным ситуациям и даже фатальным последствиям в крайних случаях. Причина в том, что электролит, заполненный внутри литий-ионных аккумуляторов, является горючим. При физическом проколе, перезарядке, экстремальных температурах и влажности или дефектах производственного процесса аккумуляторы постепенно теряют стабильность. Как только происходит аномалия, температура аккумулятора быстро повышается и воспламеняет электролит, тем самым вызывая опасную цепную реакцию, известную как "термический разгон". Соответствующие статистические данные показывают, что только в 2024 году в глобальном гражданском авиационном транспорте было зафиксировано 89 инцидентов, связанных с дымом, огнем или аномально высокой температурой; в повседневной жизни также не редкость случаи пожаров аккумуляторов электрических велосипедов, электрических скутеров и других устройств.

Чтобы решить эту проблему безопасности, мировое научное сообщество активно проводит технологические исследования, такие как разработка твердотельных или гелевых электролитов, устойчивых к высоким температурам, для замены традиционных жидких электролитов. Однако такие решения требуют масштабных модификаций существующих производственных линий батарей, что значительно повышает порог индустриализации и ограничивает скорость популяризации технологии. В отличие от этого, новая схема оптимизации литий-ионных батарей, предложенная командой CUHK, требует лишь замены химических компонентов в существующем электролите без изменения основных этапов производственного процесса.

Исследователи из команды объяснили, что основной причиной пожаров в литий-ионных батареях является разложение электролита под высоким давлением, что приводит к выделению большого количества тепла и вызывает цепную реакцию. Новый разработанный электролит использует бинарную растворимую систему, которая может точно блокировать этот опасный реакционный процесс. При нормальных температурных условиях первый растворитель может поддерживать компактность внутренней химической структуры батареи, обеспечивая нормальную производительность батареи; когда температура батареи аномально повышается, второй растворитель быстро активирует механизм защиты, предотвращая риски возгорания с самого начала, ослабляя химическую структуру и замедляя реакции, связанные с термическим разгонкой.

CNN сослался на данные лабораторных испытаний, показывающие, что после прокола литий-ионного аккумулятора, использующего эту новую технологию, температурa поднялась всего на 3,5 градуса Цельсия; в то время как температура традиционных литий-ионных аккумуляторов подскочила до 555 градусов Цельсия при тех же условиях испытаний. Исследователи подчеркнули, что эта техническая схема не окажет негативного влияния на основные характеристики и срок службы аккумулятора. Испытания показали, что после 1000 циклов зарядки-разрядки емкость аккумулятора все еще может сохранять более 80% от начального значения, полностью соответствуя требованиям коммерческого применения.

Стоит отметить, что поскольку эта технология включает только замену компонентов электролита без необходимости модификации существующих производственных линий, у нее есть базовые условия для быстрой индустриализации. Оценивается, что после массового производства стоимость литий-ионных батарей, использующих эту технологию, будет в основном такой же, как у текущих основных продуктов. В настоящее время соответствующая технология вошла в стадию коммерциализации. Дональд Финнеган, старший научный сотрудник Национальной лаборатории возобновляемой энергии США, прокомментировал: "Этот технологический прорыв вызывает волнение, что означает, что будущие литий-ионные батареи смогут выдерживать экстремальные рабочие условия, такие как высокая температура и короткие замыкания, что в корне устраняет риски возгорания."