Батареи, которые сами себя ремонтируют

Америка
№10 (777)

Консультант по вопросам здравоохранения Тим Джи занимался восстановлением данных, записанных на жестком диске его лэптопа. Закончив работу, молодой человек вышел на лестницу покурить, естественно, оставив компьютер включенным. По возвращении его ждал неприятный сюрприз – сквозь заполнивший комнату дым с трудом проглядывались останки напрочь сгоревшего ноутбука.

«Такие возгорания происходят не часто, но их последствия, как правило, бывают серьезными», - комментирует подобные случаи Скотт Уайт, физик-материаловед в университете Иллинойса. Примеров тому множество.

Достаточно вспомнить массовый - более 70 тысяч - отзыв из продажи японских лэптопов Vaio. Или последовавшее за этим изъятие из магазинов множества ноутбуков компаний Dell и Hewlett Packard. И все это из-за риска возникновения пожаров, причиной которых могли стать комплектующие эти компьютеры литий-ионные батареи.

Дошло до того, что Управление гражданской авиации Соединенных Штатов выступило с официальным заявлением о потенциальной опасности перевозки таких батарей-аккумуляторов, сославшись при этом на катастрофу доставлявшего их самолета компании UPS. А Министерству транспорта пришлось даже разработать более строгие правила для перевозящих подобные грузы воздушных судов.

Возгорания батарей чаще всего вызываются короткими замыканиями, возникающими между ее внутренними компонентами. Неконтролируемые электрические токи создают горячие точки, которые затем порождают неистовое пламя.

Для предотвращения таких пожаров Скотт Уайт предложил простое и в то же время остроумное решение. Он включил в особо опасные места батарей микросферы из твердого полиэтилена, недорогой и широко доступной пластмассы. Когда температура в батарее повышается выше предельной, сферы расплавляются, превращаясь в тонкий слой изоляционного материала, который прерывает огнеопасные броски электрического тока.

«Мы проверили изобретение на реальных батареях, - сказал Уайт, чье исследование финансируется Министерством энергетики. – И убедились, что оно отлично  работает».

К сожалению, перегрев с последующими за ним пожарами не единственный недостаток недешевых литий-ионных аккумуляторов. Создателям портативных компьютеров очень хотелось бы продлить срок их службы, чтобы пользователи могли как можно дольше обходиться без замены батарей. Скотт Уайт решил и эту проблему, причем тоже с помощью микросфер, только на этот раз наполнив их жидким металлическим сплавом индий-галлий-арсенид.

О своем методе ученый рассказал на проходившей недавно конференции американской Ассоциации по развитию науки (American Association for the Advancement of Science).

Один из наиболее распространенных типов деградации литий-ионных батарей – разрушение одного из ее полюсов - анода. По мере того как батарея заряжается и разряжается, анод то вспухает, то сжимается. Постепенно эти циклы приводят к появлению трещин, которые препятствуют прохождению электрического тока и, в конечном счете, выводят батарею из строя.
Возникшие в процессе эксплуатации трещины разрывают внедренные в графит анода микросферы, выпуская из них их содержимое. Жидкий металлический сплав заполняет образовавшиеся в аноде пустоты и тем самым восстанавливает пути прохождения тока. Иначе говоря, батарея сама себя восстанавливает.

Чтобы читатель понял, насколько важны изобретения Скотта Уайта, перечислим лишь некоторые области их применения. К уже упомянутым лэптопам прибавим не менее распространенные мобильные телефоны, цифровые фото- и кинокамеры, портативную бытовую электронику.

А в самое ближайшее время литий-ионные аккумуляторы могут стать основным источником питания электромобилей. Первые их модели уже колесят по дорогам Европы и Америки. Так что для нашей страны приоритет в создании самовосстанавливающихся и долговечных литий-ионных батарей будет как нельзя кстати.