Литиево-ионные батареи являются основным источником питания подавляющего большинства современных электронных приборов и устройств. Учёные уже работают над созданием новых лучших технологий, но при этом многие группы продолжают изучать возможности усовершенствования зарекомендовавших себя аккумуляторов.

Так, команда инженеров из университета Мичигана придумала новый способ предотвращения коротких замыканий и последующих возгораний литиево-ионных батарей. «Пожары» происходят вследствие того, что между двумя электродами батареи формируются металлические выросты, именуемые дендритами, которые вызывают короткое замыкание.

Учёные решили эту проблему, создав полотно из кевларовых нановолокон, которое поместили между электродами батареи. В пресс-релизе рассказывается, что полотно играет роль барьера, который непроницаем для дендритов.

Поясним. Обычно в литиево-ионных батареях в качестве барьера между двумя электродами используется очень тонкие пластиковые мембраны с микроперфорациями на поверхности. Отдельные ионы лития могут проходить через эти отверстия, но электроны они не пропускают, поэтому последние проходят по электрической цепи и создают ток.

После нескольких циклов полной зарядки и разрядки ионы лития могут начать формировать дендриты на поверхности одного из электродов. Если микроперфорации мембраны оказываются слишком большими, то дендриты могут прорасти сквозь неё и достигнуть другого электрода, электроны начинают проходить по этому выросты. В этом случае происходит короткое замыкание с последующим возгоранием.

Чтобы решить эту проблему, команда из университета Мичигана использовала слоистое непроводящее кевларовое нановолокно для создания мембраны с гораздо меньшими по размеру микроперфорациями. Обычные пластиковые разделители имеют поры диаметром в несколько сотен нанометров, тогда как поры в кевларовом нановолокне не больше 15-20 нанометров.

Как поясняют авторы разработки, такой размер микроперфораций по-прежнему позволяет ионам лития свободно проходить сквозь мембрану, но он блокирует рост дендритов, которые, как правило, около 20-50 нанометров в диаметре.

Новые кевларовые мембраны также значительно тоньше, чем пластиковые, и потому могут быть использованы при изготовлении микроаккумуляторов и батарей с высокой плотностью энергии. Кроме того, кевлар является очень термостойким материалом, что обеспечивает дополнительную защиту от возгораний.

Для развития и коммерциализации новой технологии университетская команда основала компанию Elegus Technologies. Массовое производство новых батарей с кевларовыми мембранами начнётся в конце 2016 года.