Мягкое короткое замыкание: ученые нашли и победили скрытого "убийцу" батарей

Исследователям из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США удалось решить проблему "мягких" коротких замыканий — критического состояния, которое мешает работе аккумуляторов для электромобилей, передает Interesting engineering.

При разработке нового твердого электролита для аккумуляторов команда из Аргонна обнаружила необычное поведение — кратковременные колебания (меньше секунды) напряжения, возникающие из-за серии непродолжительных коротких замыканий (их еще называют "мягкими" замыканиями, — ред.). В ходе этих замыканий литий вытягивается в нити, и эти нити растут от анода к катоду, препятствуя их движению во время разрядки/зарядки.

Ученые разработали математические модели для прогнозирования потоков ионов и электронов во время мягких замыканий, учитывая такие факторы, как размер нити и свойства электролита. Хотя батареи с мягкими замыканиями могут работать в течение длительного времени, количество литиевых нитей постепенно увеличивается, что плохо влияет на работу устройства. Исследователи сделали вывод, что именно мягкие замыкания предшествуют необратимому выходу аккумуляторов из строя.

Исследователи сравнили мягкие замыкания с маленьким призракам, которые постепенно и очень незаметно разрушают батарею. Они выяснили, что избавиться от мягкого короткого замыкания можно при помощи тепла, выделяющегося при прохождении электронов через литиевые нити. Это тепло способно быстро расплавить нити, особенно если электролит является термоизолирующим. Кроме того, мягкие замыкания могут и вовсе не возникнуть, когда нити будут взаимодействовать с определенными электролитами.

Команда из Аргонна разработала и протестировала различные новые методы обнаружения и анализа этого явления, включая количественную оценку вклада мягких коротких замыканий во внутреннее сопротивление батареи и оценку состояния батареи путем изоляции эффектов мягкого короткого замыкания от других факторов сопротивления. Всего таких методов 20.

Ученые намерены известить о своем открытии производителей аккумуляторов для электромобилей и поделиться с ними своей методологией для распознавания проблем, возникающих на ранних стадиях эксплуатации батарей, чтобы улучшить устройства.

Ранее мы писали о том, что новые литий-металлические батареи увеличат запас хода авто до 1000 км. Ученые обнаружили, что, оставив батарею в разряженном состоянии, можно восстановить потерянную емкость и увеличить срок службы.