Литиевые ионные батареи давно стали неотъемлемой частью повседневной жизни. Их высокая энергетическая плотность обеспечивает мощное и компактное хранение энергии, что особенно важно для электромобилей, смартфонов и различных портативных гаджетов. При этом главная проблема, связанная с литиевыми батареями, – это риск возгорания и последующего пожара, который может быть крайне трудным для тушения и опасным для здоровья людей и окружающей среды. Однако недавно ученые представили инновационный прорыв в области безопасности аккумуляторов – литиевые батареи с встроенными системами пожаротушения внутри самих ячеек. Этот подход позволяет не только предотвратить распространение огня, но и снизить токсичность выделяемых при возгорании газов.
Причина пожаров в литиевых батареях кроется в химическом составе и особенностях работы аккумуляторов. Внутри них используются металлический литий в виде анода и никель-содержащий оксид в катоде, что при нормальном функционировании обеспечивает безопасный процесс зарядки и разрядки. Однако при перегреве или повреждении может выделяться горючий газ, который при возгорании вызывает интенсивные пожары, способные длиться часами. На практике, пожар одного электромобиля с литиевой батареей может требовать тысяч литров воды для полного тушения, что создает серьезные сложности для служб спасения. Понимая масштабы риска, инженеры и ученые из разных стран стремятся создавать более безопасные аккумуляторы.
Одним из инновационных решений стали батареи с интегрированными огнезадерживающими компонентами. Исследовательская группа под руководством молекулярного химика Ин Чжана из Китайской академии наук разработала прототип, в котором катоды пропитаны огнезадерживающим полимером. Такая конструкция позволяет задерживать и даже предотвращать образование горючих газов внутри батареи при повышении температуры. В ходе экспериментов батареи помещали под постепенный нагрев. Обычный литиевый аккумулятор начинал перегреваться выше 212 градусов по Фаренгейту с последующим возгоранием и взрывом через 13 минут, а температура на пике пожара достигала почти 1000 градусов Цельсия.
В то же время батарея с огнезадерживающим полимером не только выдержала температурное воздействие свыше 200 градусов, но и достигла максимума около 220 градусов без воспламенения. При дальнейшем увеличении температуры полимер разлагался, высвобождая радикалы, препятствующие горению и подавляющие накопление воспламеняющихся газов. Эффективность такой стратегии связана с активным управлением выделяющимися газами, что значительно снижает вероятность развития пожара и обеспечивает химическую стабильность элементов батареи. Этот технологический прорыв способен преобразовать подход к безопасности литиевых батарей, особенно в сфере электромобилей, где риск и последствия возгорания особенно критичны. Одной из главных задач разработчиков остается масштабируемость и безопасность в реальных условиях эксплуатации.
Важно, чтобы огнезадерживающие вещества не только предотвращали распространение огня, но и не выделяли токсичных соединений при разложении. Многие предыдущие попытки использовать химикаты для огнезащиты столкнулись с обратным эффектом – при нагреве они могли давать еще более вредные для здоровья и окружающей среды пары. Новый прототип, судя по первичным тестам, избегает таких опасностей, делая его привлекательным для внедрения в серийное производство. Внедрение таких батарей в коммерческие электромобили и другие устройства повысит уровень доверия пользователей к электромобилям, особенно учитывая случаи громких и опасных возгораний электрокаров в последние годы. Помимо автомобилей, технология может найти применение в бытовых аккумуляторах, системах хранения энергии на основе возобновляемых источников и портативных электронных устройствах.
Сегодня, когда мир все активнее переходит на экологичные источники энергии и электротранспорт, безопасность энергетических систем становится ключевым фактором. Разработка литиевых батарей с встроенной системой пожаротушения является важным шагом навстречу будущему, где использование высокомощных аккумуляторов будет максимально безопасным для людей и окружающей природы. В целом, интегрирование огнезадерживающих полимеров в конструкцию аккумуляторов предлагает комплексное решение, способное уменьшить количество инцидентов с пожарами и сделать электромобили и иные устройства более надежными. Предстоит ещё много работы по улучшению, тестированию и внедрению таких технологий, но уже сейчас очевидно, что будущее хранения энергии будет обусловлено сочетанием инноваций в материалах, безопасности и экологической ответственности. Появление литиевых батарей с встроенными системами пожаротушения позволит существенно сократить расходы на ликвидацию пожаров и снизить негативное воздействие на окружающую среду.
