Ученые из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики переделали один из самых тяжелых компонентов батареи — листы меди или алюминиевой фольги, известные как токоприемники, сократив их массу на 80% и придав им свойство пламегасителей при возгорании батарей. Работа опубликована в Nature Energy.
«Токоприемник всегда считался мертвым грузом, и до сих пор он ни разу не был успешно использован для повышения производительности батареи, – говорит Йи Цуй, профессор SLAC и Стэнфорда и исследователь из Стэнфордского института материаловедения и энергетики (SIMES), который возглавляет исследование, – однако мы, сделав его на 80% легче, увеличили удельную энергоемкость литий-ионных аккумуляторов на 16-26%. Это большой скачок по сравнению со средним ростом на 3%, достигнутым в последние годы».
Исследователи разработали и испытали токоприемники на основе легкого полимера под названием полиимид, который устойчив к огню и выдерживает высокие температуры, создаваемые быстрой зарядкой аккумулятора. Огнезащитный состав – трифенилфосфат, или TPP – был встроен в полимер, который затем был покрыт с обеих сторон ультратонким слоем меди. Медь не только выполняет свою обычную работу по распределению тока, но и защищает полимер и его огнестойкий состав.
По словам исследователей, при воздействии открытого пламени от зажигалки аккумуляторы, изготовленные с применением современных коммерческих токоприемников, загорались и энергично горели, пока весь электролит не выгорал. Но в батареях с новыми огнезащитными токосъемниками огонь никогда по-настоящему не разгорался, пламя было очень слабым, гасло в течение нескольких секунд и не вспыхивало снова, даже когда ученые пытались снова его зажечь.
Авторы работы считают, что новый токосъемник должен быть прост в изготовлении, а также дешев, поскольку в нем часть меди заменена недорогим полимером. Они уже подали патентную заявку на свое изобретение.
На иллюстрациях: схемы новых токоприемников и эксперименты по воздействию огня на обычные аккумуляторы и описанные в статье.
