小組負(fù)責(zé)人兼圣彼得堡大學(xué)電化學(xué)系教授奧列格·萊文（OlegLevin）說(shuō)，鋰離子電池著火的危險(xiǎn)性在世界范圍內(nèi)廣泛存在，這種故障對(duì)智能手機(jī)和電動(dòng)汽車(chē)都可能造成嚴(yán)重影響。從2012年到2018年，僅在美國(guó)就報(bào)告了25,000起由各種設(shè)備引起的火災(zāi)。早些時(shí)候，從1999年到2012年，報(bào)告了1,013例。他說(shuō)，著火事件的數(shù)量和所使用電池的數(shù)量都在增加。

鋰離子電池著火或爆炸的主要原因包括過(guò)度充電，短路等。電池過(guò)熱，并且電池單元進(jìn)入熱失控狀態(tài)。將溫度升高到70或90°C會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的化學(xué)反應(yīng)，可能導(dǎo)致溫度進(jìn)一步升高，并因此引起火災(zāi)或爆炸。為了防止電池著火，我們可以使用相鄰的設(shè)備，即電子微電路。它跟蹤電池的所有參數(shù)，并在緊急情況下可以關(guān)閉電池。然而，大多數(shù)火災(zāi)是由于制造缺陷引起的電子微電路故障而引起的。

這就是為什么基于化學(xué)反應(yīng)來(lái)開(kāi)發(fā)電池的安全策略以阻止電池組內(nèi)部的電流流動(dòng)特別重要的原因。為此，我們建議使用一種特殊的聚合物。它的導(dǎo)電性可以適應(yīng)電池中的電壓波動(dòng)。如果電池正常工作，則聚合物不會(huì)阻止電流流動(dòng)。如果電池過(guò)度充電，發(fā)生短路或電池電壓降至正常工作水平以下，則聚合物會(huì)進(jìn)入所謂的隔離器，斷路器模式。

萊文教授說(shuō)，有些聚合物在加熱時(shí)會(huì)改變電阻。我們?cè)谑褂眠@項(xiàng)技術(shù)時(shí)（包括在圣彼得堡的公司中）遇到的問(wèn)題是，如果聚合物開(kāi)始作為隔離器工作，則意味著電池已經(jīng)過(guò)熱，導(dǎo)致危險(xiǎn)的過(guò)程無(wú)法僅僅通過(guò)破壞而停止電路。這使得該技術(shù)遠(yuǎn)非有效。然而，這些進(jìn)步引起了人們對(duì)尋找新技術(shù)的興趣，這些新技術(shù)包括能夠在電池開(kāi)始過(guò)熱之前調(diào)節(jié)電壓的聚合物。

“我與我在工業(yè)系電化學(xué)專(zhuān)業(yè)的研究生EvegeniiBeletskii合作。他在開(kāi)發(fā)電池安全系統(tǒng)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。這有助于我們進(jìn)行了該項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)部分，該部分側(cè)重于聚合物的工作原理。電化學(xué)系的研究生安娜·費(fèi)多羅娃（AnnaFedorova）也曾在工業(yè)界工作。在該項(xiàng)目中，她主要關(guān)心計(jì)算材料的物理和化學(xué)性質(zhì)，”奧列格·萊文（OlegLevin）說(shuō)。

該項(xiàng)目歷時(shí)兩年。在該技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目開(kāi)始之前的六年中，科學(xué)家們進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，以研究多種聚合物的物理和化學(xué)性質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)能隨電壓改變電阻的聚合物。這就是科學(xué)家們關(guān)注的重點(diǎn)。

“開(kāi)發(fā)“化學(xué)熔絲”的最困難的部分是找到一種活性聚合物。我們知道各種各樣的此類(lèi)聚合物。然而，選擇一個(gè)合適的原型來(lái)制造原型是一件很難的事情，”奧列格·萊文（OlegLevin）說(shuō)。``此外，我們必須通過(guò)開(kāi)發(fā)工業(yè)版本來(lái)提高技術(shù)水平，以表明我們已經(jīng)提出了有效的電池安全策略的想法。因此，我們不得不購(gòu)買(mǎi)許多新設(shè)備，以進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和調(diào)整技術(shù)以與鋰離子電池一起使用。”

這種安全技術(shù)與眾不同的是高可擴(kuò)展性。例如，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)保護(hù)電路有多大取決于電池的電量。因此，電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池方案將既龐大又昂貴。縮放“化學(xué)熔斷器”很簡(jiǎn)單，因?yàn)樗粦?yīng)用在內(nèi)部集電器的整個(gè)表面上。

鋰離子電池使用不同類(lèi)型的陰極，即帶正電的電極，電子通過(guò)該電極進(jìn)入電氣設(shè)備。它們具有不同的工作電壓。因此，安全聚合物應(yīng)相應(yīng)地反應(yīng)。我們?cè)O(shè)法找到一種僅適用于一種電池的聚合物，即磷酸鋰鐵電池。改變聚合物的結(jié)構(gòu)可能會(huì)導(dǎo)致其導(dǎo)電率發(fā)生變化，從而使其適合于當(dāng)今市場(chǎng)上其他類(lèi)型的陰極。我們對(duì)如何通過(guò)在聚合物中添加安全成分以適應(yīng)電池溫度水平的變化，使這種安全策略更具通用性有一些想法。預(yù)計(jì)這將消除與電池相關(guān)的所有火災(zāi)隱患，”奧列格·萊文（OlegLevin）說(shuō)。

在發(fā)表該文章之前，圣彼得堡大學(xué)已獲得此項(xiàng)技術(shù)的專(zhuān)利。科學(xué)家們目前正在準(zhǔn)備一個(gè)真實(shí)尺寸的受保護(hù)電池模型，以向潛在投資者展示它們。