Легирование литий-ионных аккумуляторов предотвращает их перегрев и взрыв

Несмотря на отсутствие прорывов в технологиях создания аккумуляторов, ёмкость и плотность хранения энергии в литий-ионных аккумуляторах постепенно растут. Аккумуляторы для смартфонов ёмкостью 3000 мАч стали повсеместным явлением, а некоторые производители умудряются создавать и вдвое более вместительные варианты. Работа учёных Стэнфордского Университета поможет сделать эти аккумуляторы безопаснее и уменьшить уровень износа.

Литий-ионные аккумуляторы состоят из нескольких ячеек, в каждой есть катод и анод. Если аккумулятор повреждён, барьер между ними может быть повреждён, что приведёт к короткому замыканию и экзотермической реакции. Результатом может стать тепловой пробой, который затронет и другие ячейки и приведёт к возгоранию или взрыву.

Одной из причин первоначальных повреждений может быть формирование отростков (дендритов) - наростов лития, которые могут повредить барьер между электродами. Со временем эти наросты растут и вносят вклад в уменьшение ёмкости аккумулятора. Исследование показало, что добавление ряда компонентов в раствор электролита предотвращает образование отростков.

Нитрат лития может быть одним из таких компонентов, в прошлом его уже исследовали на предмет повышения производительности аккумуляторов. Другим является полисульфид лития, который обычно представляет собой загрязняющее вещество, способное повредить электроны. Однако вместе с нитратом лития они формируют противостоящий отросткам раствор, покрывающий электроды. Вместо отростков получаются не повреждающие аккумулятор плоские отложения лития.

После 300 циклов перезарядки ёмкость усовершенствованных аккумуляторов составляет 99% от первоначальной, а при использовании только нитрата лития после 180 циклов ёмкость составляет 92%. Разработка может найти применение в создаваемых воздушно-литиевых и литий-серных аккумуляторах. Их ёмкость может вырасти в 10 раз, однако они также подвержены формированию отростков.