Проект ученых ДГТУ посвящен изучению нестационарного процесса теплового разгона в литий-ионных аккумуляторах. Этот малоизученный процесс представляет большую опасность при эксплуатации электронных устройств, поскольку может привести к оплавлению, возгоранию и даже взрыву используемых в них аккумуляторов.
Коллектив научно-исследовательской лаборатории «Электрохимическая и водородная энергетика» ДГТУ в составе д. т. н., профессора Николая Галушкина, д. т. н., профессора Дмитрия Галушкина, к. т. н., доцента Натальи Язвинской впервые дал полное объяснение всех сопутствующих явлений, связанных с тепловым разгоном. Результаты исследований могут быть применены к большинству современных технических устройств: к смартфонам и портативным медицинским приборам, системам ветрогенерации и солнечной генерации энергии, к самолетам и другим летательным аппаратам, автомобилям и электромобилям.
Нам впервые в мире удалось полностью изучить этот процесс, теоретически обосновав и экспериментально подтвердив истинный механизм появления и протекания процесса теплового разгона в литий-ионных аккумуляторах.
По словам ученых, на сегодня литий-ионные аккумуляторы благодаря своей высокой энергоемкости – один из самых распространенных источников питания в мире. На основе данных, полученных донскими учеными, ведется разработка рекомендаций по предотвращению опасного процесса, который часто становится причиной пожаров, авиакатастроф, возгорания электромобилей и автомобилей.
После того как в 90-е годы на первом в мире заводе по производству литий-ионных аккумуляторов в Японии произошла катастрофа, приведшая к его полному уничтожению по причине теплового разгона производимых на предприятии аккумуляторных батарей, представители многих стран мира стали вкладывать большие средства в изучение этого крайне опасного процесса. Научный коллектив нашей лаборатории изучает его с 2000 года. В 2024 году мы завершили теоретические и экспериментальные исследования, в результате которых впервые в мире установили истинный механизм появления и протекания процесса теплового разгона в литий-ионных аккумуляторах.
При изучении процесса теплового разгона в литий-ионных аккумуляторах учеными применялись следующие электрохимические методы и технологии: адиабатическая калориметрия, онлайн-масс-спектроскопия, а также вольтамперометрия и хронокулонометрия.
Ведущие организации мира, разрабатывающие и выпускающие литий-ионные аккумуляторы, ведут интенсивные исследования теплового разгона с момента изобретения этого вида источника электроэнергии. За 30 лет на такие исследования были потрачены десятки миллиардов долларов. Выполненная нами работа принципиально меняет представление об электрохимических процессах в литий-ионных аккумуляторах. Полученные результаты имеют существенное значение в рамках безопасной эксплуатации практически любого устройства или прибора, использующего в своем составе электрохимические аккумуляторы.
Результаты исследования опубликованы в Journal of Energy Storage (Impact Factor 9,4) – ведущем международном журнале, который профилируется на работах, посвященных изучению электрохимических процессов в источниках питания. С полным текстом исследования Causes and mechanism of thermal runaway in lithium-ion batteries можно ознакомиться по ссылке.
Адиабатическая калориметрия – метод измерения теплоемкости, в котором теплообмен образца с окружением сводится к пренебрежимо малой величине. Метод позволяет получать надежные и точные результаты измерения как в широких интервалах температур, так и в окрестностях особых точек.
Масс-спектроскопия (масс-спектрометрия) – метод анализа вещества путем разделения ионов по величине отношения массы иона к его заряду и измерения этой величины.
Вольтамперометрия – это категория электроаналитических методов, используемых в аналитической химии и различных промышленных процессах. В вольтамперометрии информация об анализируемом веществе получается путем измерения тока при изменении потенциала.
Хронокулонометрия – основа метода кратковременного контактирования фаз в электрохимических исследованиях.
