Чтобы электрокары не горели: литийионные аккумуляторы сделают безопаснее
Литийионные аккумуляторы почти везде — начиная с гаджетов и бытовой техники, заканчивая самокатами и электромобилями. Это неудивительно, ведь при небольших размерах они очень емкие и медленно разряжаются. Но к их пожароопасности есть вопросы. Часто после воспламенения самокатов и электрокаров гибнут люди, сгорают дома и даже морские суда. Предотвратить подобное должна новая российская разработка.
За последние пять лет в России было зарегистрировано более 20 случаев возгорания и взрывов литийионных аккумуляторов. Многие из них произошли при эксплуатации приборов — от электронных сигарет и портативных аккумуляторов до погрузчиков и электробусов. 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.
Самые опасные — электромобили. Есть даже сайт, где считают количество погибших в машинах Tesla. Как правило, батареи электрокаров загораются после ДТП, получив механическое повреждение, но пожары случаются и на тихих парковках. Все дело в том, что литийионные аккумуляторы не любят перегревов, и если система охлаждения нарушается, могут произойти короткое замыкание и 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. Недавний случай во Флориде показал, что машины Илона Маска умудряются гореть, даже утонув.
В Пенсильвании в прошлом году, чтобы потушить одну «Теслу», понадобилось около 45 тысяч литров воды, когда для обычной машины хватает менее двух тысяч. В пожарных службах разных стран вводятся специальные инструкции. Где-то предписывают вылить на батарейный блок 18 кубометров, после чего наблюдать за ним на случай повторного возгорания. Другие огнеборцы для надежности затапливают загоревшиеся электромобили в цистерне. Хотя такой транспорт и сам способен пустить на дно — этим летом у берегов Нидерландов полыхал контейнеровоз, перевозивший около 500 электромобилей.
Насколько экологичен электротранспорт?
Помимо нерачительного использования воды для тушения электрокаров, которое имеет мало общего с зелеными стандартами, много вопросов вызывает и утилизация батарей таких машин. По данным Международного энергетического агентства, в начале 2022 года на дорогах было около 16 млн электромобилей. Когда они выйдут из эксплуатации, появится 8 млн кубометров батарей общим весом около 4 млн тонн, требующих переработки (при условии, что средний вес аккумуляторного блока — 250 кг, а объем — полкубометра). При утилизации такие устройства нужно разбирать, и не вручную. Однако наладить автоматизированную линию не получится, ведь у разных производителей конструкции аккумуляторов отличаются.
Внутри литийионного аккумулятора два привычных электрода — катод и анод. Первый состоит из смешанного оксида лития и переходных металлов, нанесенных на алюминиевую фольгу, второй — из слоя углерода на медной фольге. 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.
Избежать этого помогает полимер, нанесенный между слоями фольги и катодного вещества, утверждают ученые Санкт‑Петербургского государственного университета, придумавшие такое решение. Полимер-разделитель представляет собой органические цепочки с атомами никеля. В обычных условиях он проводит электрический ток, но при окислении или восстановлении переходит в другое химическое состояние и теряет эту способность. Если во время зарядки напряжение в цепи вырастает и превышает разрешенное устройством, цепь в такой батарее размыкается. Таким образом, вещество перестает проводить ток, а значит, риски возгорания и взрыва исключены. То же самое происходит при коротком замыкании.
Смарт-часы тоже оснащают литийионными аккумуляторами
Фото: © New Africa / Shutterstock / FOTODOM
Ученые провели стресс‑тесты на небольших аккумуляторах, которые используются в умных часах, и защита сработала со 100-процентной эффективностью. При этом полимерный слой лишь незначительно снизил емкость и производительность батареи — не более чем на 10 %. Исследователи планируют проверить технологию на зарядных блоках большего размера, после чего наладить серийное производство.
Боитесь, что ребенок проглотит батарейку? Есть съедобная
Читать
