Понимание того, как выходят из строя литий-ионные источники питания и как именно протекает потенциально опасная цепочка реакций, крайне важно для улучшения конструкции этих батарей, для того, чтобы сделать безопаснее их транспортировку и эксплуатацию.
Хотя их отказ происходит весьма редко, огромные масштабы распространения литий-ионных устройств в нашей жизни делают риски вполне ощутимыми. Так, в этом году три авиалинии сообщили о решении отказаться от перевозок оптовых партий таких батарей.
В статье, размещенной в Nature Communications, группа европейских ученых впервые продемонстрировала развитие в реальном времени внутренних структурных повреждений батарей и то, как это может распространяться на соседние устройства.
Ученые комбинировали рентгеновскую визуализацию и термографию для отслеживания изменений внутренней структуры и температуры внешней оболочки двух типов коммерческих литий-ионных батарей, подвергнутых экстремальному нагреву (более 250 °C).
Благодаря плотному потоку фотонов на отводе ID15A Европейского Синхротрона (ESRF) и быстродействующему сенсору изображений, рентгеновские 3D-снимки можно было получать с интервалом в доли секунды — достаточно быстро, чтобы захватить процесс лавинного перегрева батареи, завершающийся воспламенением и взрывом.
Батарея с внутренним каркасом оставалась практически неповрежденной до самого начала всплеска температуры, до момента когда медный материал в элементе питания расправлялся (~1000 °C), и тепло устремлялось изнутри наружу. Что же касается варианта батареи без внутреннего каркаса, она просто взрывалась, крышка слетала и содержимое выплёскивалось наружу.
«Результаты показывают полезность нашего метода для отслеживания повреждений батареи в трех измерениях и в реальном времени, — комментирует доктор Поль Ширинг (Paul Shearing) из Лондонского университетского колледжа. — Маловероятно, чтобы наблюдавшееся разрушение происходило в нормальных условиях, так как мы подталкивали батареи к аварии, воздействуя условиями далеко за пределами рекомендуемого окна для безопасной эксплуатации».
Исследователи надеются, что их работа поможет улучшить безопасность источников питания. Они планируют продолжить эксперименты с более крупными батареями и изучить влияние на их лавинный перегрев изменений, происходящих на микроскопическом уровне.
