От литий-ионных аккумуляторов сейчас зависят практически все сферы нашей жизни. Большая редкость встретить человека с трубкой стационарного телефона в руках, а не мобильного, который работает от аккумулятора. Но всё чаще эти аккумуляторы наносят вред. Новости о самовозгорании телефона появляются чуть ли не каждый день. Случалось, когда приходилось возвращать целые партии уже проданных телефонов из-за того, что они буквально взрывались в руках. Несколько лет назад Samsung отозвал из торговых сетей тысячи новых флагманских андроидов, которые через одного горели после нескольких дней работы.
Чаще всего загораются телефоны, которые оставили заряжаться на ночь
Но вспыхивают, как салют, не только смартфоны, а также ноутбуки, электронные сигареты и всё, где есть литий-ионная батарея.
По данным МЧС, из-за гаджетов каждый день в России происходит в среднем по три пожара. Одна из причин — неправильное обращение с батареей. К примеру, при заряде телефона в машине от «прикуривателя» наш девайс получает напряжение в два раза выше того, на которое рассчитан аккумулятор. Но что же теперь ездить в машине без связи? Конечно же нет! Люди и дальше будут продолжать пользоваться «пауэрбанками» и «прикуривателями».
Правда, по статистике, чаще всего загораются телефоны, которые прослужили больше трёх лет и это касается даже айфонов. В конце концов, батарейка везде похожи.
Запомните: если батарея вздулась, считайте, что перед вами мина замедленного действия. Внутри аккумулятора есть литий — это очень активный металл, если он вступает в реакцию с кислородом, то выделяется большое количество тепла и происходит самовоспламенение.
Причиной самовозгорания электрокаров чаще всего становится модуль аккумуляторов, расположенный в передней части автомобиля
Отдельная проблема, и она гораздо глобальнее, — это возгорание литий-ионных аккумуляторов в машинах. Такое событие не такое уж и редкое явления. Есть даже сайт, где считают в режиме онлайн летальные исходы при авариях с участием машин Tesla. В разрекламированных электрокарах чаще всего после ДТП возгораются как раз аккумуляторы. Всё дело в том, что литий-ионные батареи не переносят перегревов, и если система охлаждения ломается в ходе аварии, то может произойти короткое замыкание, а затем взрыв.
Тушить такой аккумулятор крайне сложно из-за особенностей реакции лития при соприкосновении с водой. При горении возникают токсичные пары, и быстро залить огонь не получится. К примеру, в Пенсильвании в прошлом году, чтобы потушить одну «Теслу», понадобилось около 45 тысяч литров воды. Чтобы залить машину с двигателем внутреннего сгорания, потребуется не более двух тысяч литров. Ведь там нет лития.
Но зачем ходить так далеко? Минувшим летом в жилом доме в Москве произошел пожар из-за воспламенившегося самоката, пострадали пять человек, в том числе трое детей. Тогда чудом никто не погиб. И если «Теслу» попробуй ещё найди в потоке, то самокатами пользуется уже каждый пятый россиянин.
Простые правила, чтобы не горело
• Пользоваться только «родными» или сертифицированными устройствами.
• Не заряжать телефон, когда играете или смотрите видео, чтобы он не перегревался при высокой нагрузке.
• Если батарея вздулась, не тяните время и не испытывайте судьбу, нужно сразу отнести телефон в сервисный центр.
Учёные Санкт‑Петербургского государственного университета (СПбГУ) придумали своё решение проблемы, создав полимерный слой для защиты от возгораний. Это органические цепочки, содержащие атомы никеля. Один металл призван защитить другой.
Как это работает на практике? Разберём для начала устройство литий-ионного аккумулятора. Там находятся два электрода — катод и анод. Первый состоит из смешанного оксида лития и переходных металлов, нанесённых на алюминиевую фольгу, второй — из слоя углерода на медной фольге. Между ними пористый разделитель-сепаратор, пропитанный электролитом
Между ними пористый разделитель-сепаратор, пропитанный электролитом. Если его повредить, вещества внутри батареи начинают вступать в реакцию друг с другом, выделяя при этом тепло, из-за чего блок за секунды нагревается почти до +600 °С. Короткое замыкание — самая частая причина возгорания. Исследователи СПбГУ доказали в ходе многочисленных экспериментов, что слой полимера, нанесённый между слоями фольги и катодного вещества в литий-ионном аккумуляторе, позволяет предотвратить его возгорание или взрыв. Он выступает в роли своеобразного предохранителя.
Полимер проводит электричество, но, как только напряжение становится выше, чем то, на которое рассчитан аккумулятор, соединение окисляется и блокирует подачу тока. Благодаря этому аккумулятор, использующийся в смартфонах и электромобилях, не будет перегреваться и не сможет воспламениться. В этом случае сработает защита и батарея разрядится.
Разработку испытывали пока только на небольших батареях. Инженеры провели стресс-тест на аккумуляторах, которые используются в умных часах, и защита сработала со стопроцентной эффективностью. При этом полимерный слой лишь незначительно снизил ёмкость и производительность батареи — не более чем на 10 %.
Никелевые полимеры уже заинтересовали бизнес, и в ближайшее время они уйдут в реальное производство. Учёные же займутся подбором индивидуальных слоёв под конкретный тип аккумулятора.
Егор Петров
