После того, как Федеральная авиационная администрация США доказала, что перегревающиеся литий-ионные батареи, перевозимые самолетами, могут стать причиной пожара, от транспортировки таких грузов отказались сразу три авиакомпании. Британские ученые показали, как повреждение внутренней структуры батарей развивается в режиме реального времени и как оно распространяется на соседние литий-ионные аккумуляторы.
Донал Финеган (Donal Finegan), студент Университетского колледжа Лондона и один из авторов исследования, отмечает:
«Мы объединили рентгеновские лучи высокоэнергетичного синхротрона и тепловизор для отображения изменений внутренней и внешней температуры литий-ионных батарей двух типов, подвергая их экстремальному воздействию тепла. Нам требовалась исключительно высокая скорость визуализации, чтобы увидеть тепловые утечки и обнаружить, в каком месте батарея перегревается и может воспламениться. Этого удалось добиться за счет использования пучкового аппарата ID15A ESRF, в котором трехмерные изображения могут захватываться за доли секунд благодаря скоростному детектору визуальных образов и очень высокой скорости потока фотонов».
До этого компьютерная рентгеновская томография была единственным способом изучения механизмов выхода батарей из строя, однако с её помощью аккумуляторы исследовали уже в нерабочем состоянии и получали статические изображения, по которым и осуществлялся мониторинг изменений в батареях в нормальных условиях. Команда ученых исследовала формирование газовых карманов, вентиляцию и повышение температуры слоев в двух группах литий-ионных батарей, которые используются в современных гаджетах. В результате они установили, что критическая ситуация наступает при достижении батареей температуры 250 градусов Цельсия.
Структура батареи с внутренней поддержкой оставалась практически неизменной вплоть до начала образования теплового пробоя. Затем материалы на медной основе достигали температуры 1000 градусов Цельсия. Это тепло распространялось от внутренней части батареи ко внешней и вызывало тепловые утечки.
Батареи второго типа не имели внутренней поддержки, и изучить их содержимое можно было только после его извлечения. До образования тепловой утечки плотно упакованное ядро коллапсировало, предполагая повышение риска внутренних коротких замыканий и опасность для соседних с аккумулятором объектов.
Ещё один участник исследования, доктор Пол Шеринг (Paul Shearing) с кафедры химической технологии Университетского колледжа Лондона, утверждает:
«Хотя мы изучили коммерческие батареи лишь двух типов, мы убеждены, что в нормальных условиях литий-ионные аккумуляторы безопасны, и если соблюдать правила эксплуатации, они не повреждаются и не приводят к возгораниям. Надеемся, что с помощью наших методов исследований параметры батарей будут улучшены».
В настоящее время команда ученых продолжит исследования на выборке большего размера, чтобы определить микроскопические причины выхода литий-ионных аккумуляторов из строя.