Олег Зимин Исследователи из Китайской академии наук разработали новую конструкцию натрий-ионной батареи, которая физически не способна загореться. Ученые предложили использовать полимеризующийся негорючий электролит, который мгновенно затвердевает при экстремальном нагревании и формирует внутренний барьер безопасности.
Проблема теплового разгона остается одним из главных вызовов в производстве аккумуляторов, особенно литий-ионных, где традиционно применяются горючие жидкие электролиты. При достижении критической температуры внутри элемента питания запускается цепная реакция: химические компоненты выделяют тепло, которое ускоряет дальнейшие реакции. За считанные минуты температура может достигнуть тысячи градусов Цельсия, что приводит к выбросу токсичных газов и взрывам. Ситуация осложняется тем, что в процессе реакции батарея вырабатывает собственный кислород, поэтому стандартные средства пожаротушения в таких случаях неэффективны.
Современная индустрия производства электромобилей тратит значительные ресурсы на проектирование сложных систем охлаждения и защиты, чтобы свести риск самовозгорания к минимуму. Китайские специалисты пошли по иному пути, создав батарею со встроенным пассивным механизмом предотвращения пожара. Вместо органических карбонатов новая разработка использует полимеризующийся электролит. Как только внутренняя температура превышает отметку в 150 градусов Цельсия, жидкость вступает в химическую реакцию и становится твердой. Этот барьер физически блокирует распространение тепла и останавливает цепную реакцию.
Результаты испытаний, опубликованные в научном журнале Nature Energy, показали устойчивость системы к внешнему нагреву до 300 градусов Цельсия без признаков теплового разгона. Ячейка также успешно прошла тест на проникновение гвоздя, имитирующий внутреннее короткое замыкание, сохранив структурную целостность. Аккумулятор продемонстрировал плотность энергии на уровне 211 ватт-часов на килограмм и стабильно работал в диапазоне температур от минус 40 до плюс 60 градусов Цельсия.
Выбор в пользу натрий-ионной технологии обусловлен ее изначальной термической стабильностью. Такие системы используют менее реактивные материалы, что делает их более безопасными по сравнению с литиевыми аналогами. Главным компромиссом выступает меньшая плотность энергии – натрий-ионные батареи запасают меньше заряда на единицу объема. Однако внедрение пассивной системы безопасности позволяет отказаться от тяжелых защитных кожухов и сложных электронных датчиков, что в перспективе сделает электромобили и промышленные накопители легче и дешевле в производстве.
Разработчики отмечают, что процесс затвердевания электролита необратим. После активации защитного барьера движение ионов прекращается, и аккумуляторный элемент выходит из строя. В условиях критической угрозы возгорания такой сценарий считается предпочтительным. При этом новая технология не отменяет необходимости использования стандартных систем охлаждения, так как штатная работа батарей по-прежнему сопровождается выделением тепла, которое влияет на базовый срок службы элементов питания.
