Учені пояснили, чому вибухають акумулятори у смартфонах та ноутбуках

Усі ми чули про вибухи батарей у смартфонах. Такі історії дуже зашкодили рейтингам компанії Samsung, яка через цей недолік у своєму смартфоні Note 7 втратила 5,3 млрд $. Але новий телефон, байдуже якого бренда та моделі, досі залишається російською рулеткою — «вибухне/не вибухне». Єдине, що тішить — фізики зі Стенфордського університету і Стенфордського центру лінійного прискорювача нарешті змогли пояснити, чому ж акумулятори самоліквідуються без попередження.

Справа у «дендритах». Літій-іонні акумулятори складаються з двох електродів: катода («мінус») і анода («плюс»), їх розділяє пористий сепаратор. Електричний струм виникає під час перенесення літієвих іонів від анода до катода. Але буває так, що не всі іони встигають вбудуватися в кристал анода. Зазвичай таке трапляється, коли крізь акумулятор проходить надлишковий заряд.

В результаті іони літію «об’єднуються» у дендрити — мікроскопічні структури. З часом вони починають «прориватися» через сепаратор. І в один не найкращий момент стається коротке замикання і вибух.

Під час досліджень вчені заморозили акумулятори до дуже низьких температур у різних режимах зарядки і на атомному рівні побачили, як відбувається процес зрощення.

Це відкриття стало можливим завдяки кріоелектронній мікроскопії. Саме за неї цього року Жак Дюбоше, Іоахім Франк та Річард Хендерсон отримали Нобелівську премію з хімії. Зображення кріо-ЕМ показали, що дендрити — це довгі шестигранні кристали, а не ямчасті нерегулярні форми, які вчені раніше бачили в електронному мікроскопі.

«З кріо-ЕМ ви можете дивитися на крихкий та хімічно нестійкий матеріал у первозданному стані, тобто бачити, як він виглядає саме зараз. При цьому ви отримаєте зображення високої якості», — зазначив Йі Цуї, автор дослідження.

Також він додав, що отримані результати допоможуть створити безпечнішу літій-іонну батарею. Це, безумовно, добре, бо не за горами ті часи, коли люди масово будуть пересідати на електрокари, хоча деякі з них, наприклад, та ж Tesla, працюють саме на таких акумуляторах.

джерело