М'яке коротке замикання: вчені знайшли й перемогли прихованого "вбивцю" батарей

Дослідникам з Аргоннської національної лабораторії Міністерства енергетики США вдалося вирішити проблему "м'яких" коротких замикань — критичного стану, який заважає роботі акумуляторів для електромобілів, передає Interesting engineering.

Під час розробки нового твердого електроліту для акумуляторів команда з Аргонна виявила незвичайну поведінку — короткочасні коливання (менше секунди) напруги, що виникають через серію нетривалих коротких замикань (їх ще називають "м'якими" замиканнями, — ред.). Під час цих замикань літій витягується в нитки, і ці нитки ростуть від анода до катода, перешкоджаючи їхньому руху під час розрядки/зарядки.

Науковці розробили математичні моделі для прогнозування потоків іонів і електронів під час м'яких замикань, з огляду на такі фактори, як розмір нитки та властивості електроліту. Хоча батареї з м'якими замиканнями можуть працювати протягом тривалого часу, кількість літієвих ниток поступово збільшується, що погано впливає на роботу пристрою. Дослідники зробили висновок, що саме м'які замикання передують незворотному виходу акумуляторів з ладу.

Дослідники порівняли м'які замикання з маленьким привидам, які поступово і дуже непомітно руйнують батарею. Вони з'ясували, що позбутися м'якого короткого замикання можна за допомогою тепла, що виділяється під час проходження електронів через літієві нитки. Це тепло здатне швидко розплавити нитки, особливо якщо електроліт є термоізолюючим. Крім того, м'які замикання можуть і зовсім не виникнути, коли нитки будуть взаємодіяти з певними електролітами.

Команда з Аргонна розробила і протестувала різні нові методи виявлення й аналізу цього явища, включно з кількісною оцінкою внеску м'яких коротких замикань у внутрішній опір батареї та оцінкою стану батареї шляхом ізоляції ефектів м'якого короткого замикання від інших факторів опору. Усього таких методів 20.

Вчені мають намір сповістити про своє відкриття виробників акумуляторів для електромобілів і поділитися з ними своєю методологією для розпізнавання проблем, що виникають на ранніх стадіях експлуатації батарей, щоб поліпшити пристрої.

Раніше ми писали про те, що нові літій-металеві батареї збільшать запас ходу авто до 1000 км. Вчені виявили, що, залишивши батарею в розрядженому стані, можна відновити втрачену ємність і збільшити термін служби.