Новый российский материал спасает от пожаров и взрывов аккумуляторов

Новый материал, разработанный российскими учеными, может изменить рынок аккумулятор. Отечественное ноу-хау лишено главного недостатка, который имеют современные литий-ионные система, в нем не горит электролит! Речь идет о феррите цинка, созданном по особой технологии. Инновационный компонент должен заменить горючие компоненты в батареях, что наконец-то поднимет безопасность домашних накопителей энергии и электромобилей на должный уровень.

Проблема, которую нельзя игнорировать

Чем шире распространяются литий-ионные аккумуляторы, тем чаще происходят их возгорания и даже взрывы. По данным на 2024 год, только в Великобритании количество пожаров, вызванных такими батареями, увеличилось на 46% в сравнении с предыдущим годом. И речь идет именно о возгораниях в быту: горят домашние батареи типа павербанков, аккумуляторы самокатов и велосипедов, а также происходят серьезные аварии с участием электромобилей.



Корень проблемы прячется в самой конструкции. Современные литий-ионные аккумуляторы используют жидкий органический электролит, который обладает высокой горючестью. При внутреннем коротком замыкании, механическом повреждении, перегреве или перезаряде возникает термический разгон. То есть температура внутри ячейки неконтролируемо растет, электролит воспламеняется, выделяющиеся газы приводят к взрыву и быстрому распространению огня на соседние элементы.

В домашних условиях это создает прямую угрозу людям, а в автомобильной сфере риск усугубляется из-за колоссальной энергоемкости батарей.

Скажем «нет» пожарам!

Решение проблемы пожаробезопасности ученые видят в переходе на аккумуляторы нового типа. Принципиальное отличие твердотельных батарей состоит в том, что там отсутствует легковоспламеняющийся жидкий электролит. Его роль выполняет твердый неорганический или полимерный материал, который не горит и обладает гораздо более высокой термической стабильностью.



Следовательно, в таких аккумуляторах вероятность короткого замыкания и последующего термического разгона значительно снижена. Даже в случае серьезного повреждения твердый электролит не воспламеняется, что сводит на нет риск взрыва и пожара.

Параллельно развиваются цинк-ионные системы, в которых тоже часто используют твердые или гелевые электролиты на водной основе. Почему безопасные аккумуляторы давным-давно не заменили литиевые? Все достаточно просто. Долгое время широкому внедрению твердотельных и цинк-ионных аккумуляторов долгое время мешали технологические сложности. К примеру, твердые материалы имели недостаточную ионную проводимость. А это напрямую влияло на мощность и скорость зарядки.

Уникальная разработка

Прорыв в создании подходящего материала совершили исследователи из Сахалинского государственного университета (СахГУ). Им помогали ученые из Кольского научного центра РАН, а также Дальневосточного федерального университета. Новая работа команды уже опубликована в авторитетном научном журнале Journal of Composites Science. Статья посвящена синтезу феррита цинка. Это чрезвычайно перспективный материал для катодов, который производится с использованием золь-гель метода.



По словам исследователей, данная технология — это не простое смешивание компонентов. Она позволяет «вырастить» материал с заранее заданной структурой, похожей на пористую губку на микроуровне. Такая конструкция обеспечивает высокую ионную проводимость.


— поделился успехом Олег Шичалин, руководитель проекта и заведующий лабораторией в СахГУ.

Как отметил РАН Иван Тананаев, работа имеет не только фундаментальное, но и прямое прикладное значение.


— Тананаев.

Главный плюс нового материала в том, что он отлично проводит ионы и при этом не горит, выдерживает высокие температуры и физические нагрузки. Это как раз то, что нужно для создания идеального аккумулятора: мощного и совершенно безопасного. На основе таких материалов уже можно собирать рабочие образцы батарей для смартфонов, ноутбуков и электромобилей, чтобы в будущем заменить ими нынешние, опасные.

Однако пройден лишь первый, научный этап. Впереди предстоит не менее сложная работа инженеров и технологов. Нужно «укротить» технологию для массового производства, доказать ее надежность в долгосрочной перспективе и добиться приемлемой цены.

Сможет ли российская разработка пройти этот путь и стать частью новой, безопасной энергетики — вопрос открытый. Но ее появление очень важно. Мечта о полностью безопасной батарее перестала быть чистой теорией. Теперь у нее есть реальное, осязаемое воплощение, которое сделано именно в России.