Новости химической науки > Взрыв аккумулятора запечатлен на камеру

Исследователи из Европы смогли изучить термический взрыв литий-ионных батарей, используя высокоскоростную компьютерную томографию и радиографию совместно с тепловидением. Результаты исследования позволяют с беспрецедентной точностью выяснить, что происходит внутри источника питания при его перегреве.

Полученная информация может оказаться полезной для инженеров, дав им возможность разработать более безопасные источники питания, для которых будет понижен риск возгорания – такие источники питания смогут, например, безопасно применяться для питания бортовых систем самолетов.

Из-за высокой емкости заряда и достигаемого напряжения литий-ионные источники питания получают все большее и большее распространение и применяются для приведения в действие самого разнообразного электронного и электрического оборудования – от портативной электроники до электромобилей. Тем не менее, распространение таких элементов питания ограничивается пусть редкими, но тем не менее печальными прецедентами возгорания или даже взрыва таких систем питания в результате перегрева или механического повреждения – и перегрев, и повреждение может запустить неконтролируемую экзотермическую реакцию между компонентами литий-ионной батареи.

Одним из таких инцидентов была экстренная посадка Боинга 787 в связи с задымлением в салоне. Посадка была совершена в японском аэропорту Такамацу, причиной которой послужили неисправности в аккумуляторных батареях самолета. В связи с этим событием японская авиакомпания All Nippon Airlines на некоторое время приостановила все полеты этих воздушных судов.

Для повышения безопасности авиаперевозок авиаконструкторы уже добавили в схему источников питания дополнительные элементы, как, к примеру, компенсирующие давление клапаны, которые снижают риск и опасность подобных инцидентов. Тем не менее, увеличение безопасности источников питания сложно по той причине, что современные представления о процессах, протекающих в аккумуляторе при его перегреве, крайне ограничены.

Пол Ширинг (Paul Shearing) из Университетского Колледжа Лондона с коллегами изучил два стандартных коммерчески доступных литий-ионных аккумулятора с помощью рентгеновского оборудования, имеющегося в наличии у гренобльского центра European Synchrotron Radiation Facility. Аккумуляторы быстро вращались на предметном столе прибора, а аппаратура регистрировала изображения со скоростью 1250 кадров в секунду.

Источники питания подвергали внешнему нагреву, регистрировали изображения, полученные с помощью тепловизора, делая это до инициирования реакции возгорания. В схеме первого источника питания имелся внутренний укрепляющий цилиндрический элемент из стали, при начале термического разрушения аккумулятора он сохранил свою целостность конструкции, хотя через верхнюю крышку аккумулятора вырвался целый «столб» горячего газа и паров, образовавшихся в результате плавления внутренних компонентов аккумулятора. Второй аккумулятор, конструкция которого не была дополнительно усилена, просто разорвало в результате взрыва. Для безопасности исследования проводили в инертной атмосфере, однако исследователи добавляют, что в обычных условиях кислород воздуха только усугубит опасность, ускорив термическое разрушение аккумулятора.

Дэниэл Даути (Daniel Doughty), специалист по созданию безопасных источников питания, поражен результатами работы, заявляя, что это первый пример исчерпывающей визуализации того, что происходит с внутренней структурой батареи при ее термическом разрушении. Даути подчеркивает, что исследование представляет собой пример очень яркой экспериментальной работы.

Источник: Nat. Commun., 2015, DOI: 10.1038/ncomms7924

метки статьи: #аккумуляторы, #аналитическая химия, #бытовая химия, #электрохимия