От взрыва гаджетов спасут усы

Из-за своей высокой энергоемкости литий-ионные аккумуляторы стали очень популярными еще с начала 90-х годов прошлого века и быстро потеснили тогда более привычные никель-металлогибридные батареи. Сегодня литий-ионные аккумуляторы активно используются в самых различных портативных устройствах, в том числе ноутбуках, сотовых телефонах и МР3-плеерах.

Однако высокая плотность энергозапаса может провоцировать внутреннее короткое замыкание, последующее возгорание источника питания и даже его взрыв.

Производители гаджетов с проблемой перегрева встречаются постоянно. Так, в прошлом году с проблемой перегрева литий-ионных аккумуляторов столкнулась корпорация Sony — ей пришлось отозвать 9,6 млн батарей, которые поставлялись вместе с ноутбуками Apple, Toshiba, Fujitsu, Sharp и Acer. Также регулярно в СМИ появляются новости о возгораниях iPhone, например, в марте 2015 года американец получил ожог ноги после взрыва iPhone 5С в кармане брюк.

Разумеется, придумано уже немало способов защитить эти аккумуляторы от перегрева и возгорания, однако все они, помимо существенного удорожания батарей, страдают одним трудноисполнимым недостатком:

батарее, спасенной от перегрева, требуется большое время для восстановления, если такое восстановление вообще возможно.

Метод, предложенный стэнфордской группой, на удивление прост и остроумен — подробно он представлен в понедельник в журнале Nature Energy. Основу метода составляет изобретение одной из участниц группы — Чжэнань Бао, которая недавно создала компактный датчик для мониторинга температуры человеческого тела. Основой датчика был пластик с внедренными в него никелевыми наночастичками, «усики» которых торчали над поверхностью. Несколько модифицировав этот датчик, они превратили его в эффективный и безотказный предохранитель. Насытив своими «усатыми» частичками никеля пленку графена, ученые затем покрыли ее тонкой полиэтиленовой пленкой. Наконец, всем этим «хозяйством» обернули один из электродов аккумулятора. При нормальных температурах это покрытие никак себя не проявляло, поскольку «усики» никелевых частиц соприкасались между собой и прекрасным образом проводили ток.

Но стоило температуре подняться выше заданного предела — полиэтилен расширялся и размыкал «усики», а аккумулятор, соответственно, переставал давать ток.

Как только температура опускалась ниже критической, «усики» снова соединялись, и аккумулятор как ни в чем не бывало возобновлял прерванную работу.

Исследователи «гоняли» предохранители в разных режимах. Они заставляли аккумуляторы перегреваться или помещали в слишком жаркие среды. Результат был всегда один и тот же: при превышении температурного порога батарея отключалась, а при охлаждении тут же начинала работать. Температуру отключения ученые регулировали большим или меньшим количеством никелевых наночастичек, и, как говорится в статье, за счет этого удавалось повысить температуру отключения аккумулятора до 100°C.