Все мы слышали о взрывах батарей в смартфонах. Такие истории очень навредили рейтингам компании Samsung. За этот недостаток в своем смартфоне Note 7 она потеряла 5 300 000 000 $. Новый телефон, без различия бренда и модели, до сих пор остается русской рулеткой — «взорвется / не взорвется». Физики Стэнфордского университета и Стэнфордского центра линейного ускорителя смогли объяснить, почему же аккумуляторы внезапно самоликвидируются.
Дело в «дендритах». Литий-ионные аккумуляторы состоят из двух электродов: катода («минус») и анода («плюс»), их разделяет пористый сепаратор. Электрический ток возникает при переносе литиевых ионов от анода к катоду. Но бывает так, что не все ионы успевают встроиться в кристалл анода. Обычно такое случается, когда сквозь аккумулятор проходит избыточный заряд.
В результате ионы лития «объединяются» в дендриты — микроскопические структуры. Со временем они начинают «прорываться» через сепаратор. И в один не самый подходящий момент происходит короткое замыкание и взрыв.
Во время исследований ученые заморозили аккумуляторы до очень низких температур, с различными режимами зарядки, и на атомном уровне увидели, как происходит процесс сращивания.
Это открытие стало возможным благодаря криоэлектронной микроскопии. Именно за неё в этом году Жак Дюбоше, Иоахим Франк и Ричард Хендерсон получили Нобелевскую премию по химии. Изображения крио-ЭМ показали, что дендриты — это длинные шестигранные кристаллы.
«С крио-ЭМ вы можете смотреть на хрупкий и химически неустойчивый материал в первозданном состоянии, то есть видеть, как он выглядит именно сейчас. При этом вы получите изображение высокого качества » — отметил Yi Cui, автор исследования.
Также он добавил, что полученные результаты помогут создать более безопасную литий-ионную батарею. Это, безусловно, хорошо, потому что не за горами те времена, когда люди массово будут пересаживаться на электрокары, хотя некоторые из них, например, та же Tesla, уже работают именно на таких аккумуляторах.