Просмотр новости
Найдите то, что Вас интересует
Спутники
РН
SpaceX
Роскосмос
NASA
Химики СПбГУ придумали, как предотвратить короткое замыкание изнутри электронных устройств
Дата публикации: 15-07-2026 11:01:00
Ученые Санкт‑Петербургского государственного университета создали и испытали защитный полимерный слой, который...
Основное содержимое страницы с новостью.
15 Июля 2026 14:01 15 Июл 2026 14:01 |
Химики СПбГУ придумали, как предотвратить короткое замыкание изнутри электронных устройств
Ученые Санкт‑Петербургского государственного университета создали и испытали защитный полимерный слой, который помогает предотвратить тепловой разгон литий‑ионных аккумуляторов при внутреннем коротком замыкании. При аварийном падении напряжения — например, при внутреннем коротком замыкании из‑за заводского брака или прокола острым предметом — сопротивление слоя резко возрастает: он блокирует самый быстрый путь разряда, снижает скорость выделения тепла и не дает ячейке перейти к возгоранию даже при механическом повреждении. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в Journal of Energy Storage. Об этом CNews сообщили представители СПбГУ.
Литий‑ионные аккумуляторы используются в телефонах, ноутбуках, электромобилях, медицинской и промышленной технике. Они обладают высокой энергоемкостью и долгим сроком службы, но при повреждении, перегреве, производственном дефекте или росте литиевых дендритов (древовидных кристаллов) внутри ячейки может возникнуть внутреннее короткое замыкание. В заряженной батарее при этом быстро выделяется тепло, что запускает побочные реакции с участием электродных материалов и горючего органического электролита, образуются газы, а при неблагоприятном развитии событий аккумулятор может загореться или взорваться. Защититься от такого сценария сложно: внешняя электроника защиты может не успеть сработать, поскольку авария развивается внутри самой ячейки.
Ученые Санкт‑Петербургского государственного университета разработали тонкий (в десятки раз тоньше человеческого волоса) полимерный слой, который работает как внутренний пассивный элемент защиты и позволяет уберечь аккумуляторы от перегрева и возгорания.
Защитный слой располагают между энергозапасающим материалом положительного электрода и токосъемником. В обычном режиме он хорошо проводит ток, поэтому аккумулятор может заряжаться и разряжаться без каких‑либо ограничений. Но если возникает внутреннее короткое замыкание и напряжение резко падает, сопротивление полимера быстро и сильно увеличивается. Таким образом, полимер работает как «умный предохранитель», блокируя прохождение тока и защищая батарею не только от потенциально возможного взрыва, но и от любого перегрева.
Проведенное учеными СПбГУ компьютерное моделирование показало, что созданный полимер перекрывает наиболее быстрый путь тока от катода к токосъемнику, из‑за чего ток частично перераспределяется внутри катодного материала. Разряд становится медленнее, а тепло успевает рассеиваться без перехода к тепловому разгону.
Исследователи сконструировали аккумуляторные ячейки с защитным слоем и без него, чтобы оценить эффективность разработки. Образцы проверили на безопасность, использовав стандартный жесткий тест: исследователи прокололи ячейку стальным гвоздем, создав условия короткого замыкания. Ячейка без защиты воспламенялась уже через 15 сек после повреждения, а температура на ее корпусе достигала 350 °C. Аккумулятор с защитным слоем после прокола безопасно разряжался почти 15 мин, нагреваясь лишь до 75 °C. При этом все его внутренние компоненты остались целыми из‑за отсутствия перегрева.
«Разработанный нами защитный слой не требует датчиков, управляющей электроники или внешнего отключения: он реагирует на изменение электрического состояния самой аккумуляторной ячейки. Это важно для внутренних коротких замыканий, потому что они могут развиваться быстрее, чем успевает сработать внешняя система защиты или защитные элементы, откликающиеся на повышение температуры. В этой работе мы не только показали эффект на промышленной ячейке, но и объяснили, как он возникает при проколе, когда металлический предмет напрямую касается электродов», — сказал профессор кафедры электрохимии СПбГУ Олег Левин.
Следующим шагом станет оптимизация материала и конструкции слоя для разных типов аккумуляторов и режимов работы, чтобы найти баланс между безопасностью и потерями мощности.
Новая работа завершает важный этап серии исследований защитных слоев. В 2021 г. группа ученых СПбГУ предложила защитный слой как «химический предохранитель» для литий‑ионных аккумуляторов и опубликовала модель его работы при перезаряде. В последующих работах исследователи СПбГУ проверили подход при коротком замыкании и на высоковольтных катодах в лабораторных условиях. Теперь исследователи показали, что тот же принцип может работать и в наиболее трудном сценарии — при внутреннем коротком замыкании промышленной литий‑кобальтовой ячейки, когда металлический предмет напрямую контактирует с электродами.
Схожие новости
Классификация: Наука. Схожих патентов: 0. Схожих новостей: 10. Тональность: 5. Информативность: 7. Источник: etrade.cnews.ru.