Новый метод позволяет оценить риск взрыва аккумулятора
Взрыв аккумулятора в электромобиле может нанести травмы и даже убить. Химики выяснили, почему взрываются и горят батареи, и показали, как сделать их безопаснее
Взрывы аккумуляторных батарей в последнее время — не редкость. Горят и взрываются не только смартфоны, но и электромобили. Учитывая, что распространенность этих технологий будет только возрастать, ученым необходимо найти способ сделать аккумуляторы безопаснее.
Корейские ученые разработали новый метод анализа, позволяющий оценить термическую стабильность батарей электромобилей. В основе предложенной исследователями аналитической платформы лежит использование просвечивающего электронного микроскопа. С его помощью авторы определили механизм термического разложения материалов катодов, фиксируя их химический состав в реальном времени.
Катодный материал батареи является одним из ключевых элементов, определяющих ее емкость. Катод аккумуляторов для электромобилей синтезируют, смешивая различные металлы, такие как никель, кобальт и алюминий или никель, марганец и кобальт, в соединения с определенным составом.
Материал катода содержит никель, увеличение содержания которого повышает емкость батареи. Кроме того, поскольку никель дешевле кобальта, добавление большего количества никеля снижает и стоимость аккумулятора. Но, с другой стороны, этот металл понижает стабильность устройства, увеличивая вероятность его взрыва или возгорания.
Авторы исследования показали, что увеличение концентрации никеля по сравнению с содержанием алюминия в катодном материале батарей улучшает их емкость, но значительно снижает термическую стабильность. Авторы также выяснили, что в таких батареях наблюдается недостаток алюминия, не участвующего в окислительно-восстановительной реакции. Это приводит к образованию новой фазы О1, которая может снизить термостабильность в процессе зарядки. Согласно исследованию, именно поверхность новой нестабильной фазы является основной причиной снижения термостойкости. Разработанный учеными метод анализа поможет создать более стабильные и эффективные аккумуляторы.