Китайские ученые создали батарею, которая просто не может загореться

Учёные Китайской академии наук предложили подход, который может радикально упростить задачу: создать батареи, которые практически не способны загореться, пишет New Atlas.

Речь идёт о новой конструкции натрий-ионного аккумулятора, в котором используется полимеризующийся негорючий электролит. Его ключевая особенность в том, что при экстремальном нагреве он быстро затвердевает и образует внутри элемента прочный защитный барьер, фактически блокируя развитие опасных процессов.

Проблема теплового разгона давно считается одной из главных угроз в сфере аккумуляторов, особенно литий-ионных систем, где применяются горючие жидкие электролиты. С ростом популярности электромобилей она стала ещё более актуальной, поскольку речь идёт о батареях большой ёмкости.

Что такое тепловой разгон

Тепловой разгон представляет собой самоускоряющуюся цепную реакцию: при достижении критической температуры химические процессы внутри батареи начинают выделять всё больше тепла, которое, в свою очередь, ускоряет реакции. В результате температура может за считанные минуты или даже секунды подняться до 700–1000 °C, что приводит к пожарам, взрывам и выделению токсичных газов.

Ситуацию усугубляет то, что такие батареи могут сами выделять кислород в ходе реакции, из-за чего традиционные средства пожаротушения часто оказываются неэффективными. Обычно остаётся лишь дождаться полного выгорания. Спровоцировать этот процесс могут повреждения, перегрев, перезаряд, производственные дефекты, контакт с солёной водой или внешнее возгорание.

При этом, несмотря на пугающую природу явления, вероятность самовозгорания электромобиля из-за дефекта батареи остаётся крайне низкой — около 0,0012%, согласно данным EV FireSafe. Такой уровень безопасности достигается за счёт сложной инженерии и многоуровневой защиты.

Какое придумали решение

Команда под руководством профессора Ху Юнчена заявила о достижении первого в мире эффекта «нулевого теплового разгона» на уровне ампер-часовых натрий-ионных батарей. Параллельно, по данным BAIC, разрабатывается версия аккумулятора с зарядкой примерно за 11 минут.

Создание батарей в целом требует многолетней работы: от разработки химии ячеек до проектирования электрической архитектуры, за которым следуют точное производство и многочисленные этапы испытаний. Дополнительно используются системы мониторинга, охлаждения, аварийного отключения и защиты, что делает процесс крайне дорогим и сложным.

На этом фоне предложенная технология выглядит особенно значимой. Новый аккумулятор фактически содержит встроенный «умный противопожарный барьер». В отличие от традиционных литий-ионных систем, где используются горючие органические карбонаты (например, этиленкарбонат, диметилкарбонат и диэтилкарбонат), здесь применяется натрий-ионная химия с полимеризующимся негорючим электролитом (PNE).

При нагреве образует защиту

При нагреве выше примерно 150 °C электролит быстро проходит фазовый переход и затвердевает, образуя плотную внутреннюю перегородку. Этот барьер останавливает распространение тепла и разрывает цепные реакции, которые обычно приводят к авариям.

В исследованиях, опубликованных в Nature Energy, отмечается, что батарея выдержала внешний нагрев до 300 °C без запуска теплового разгона. Кроме того, она прошла тест на прокол гвоздём, имитирующий внутреннее короткое замыкание, сохранив целостность. При этом сохранялась удельная энергоёмкость около 211 Вт·ч/кг, а рабочий диапазон температур составлял от -40 до +60 °C.

Исследователи объясняют, что вместо традиционной многоуровневой защиты здесь работает встроенный физико-химический механизм: электролит превращается в твёрдый «файрвол», который останавливает развитие аварийного сценария на ранней стадии.

Главное преимущество натрий-ионных систем — более высокая термическая стабильность по сравнению с литий-ионными аналогами. Они используют менее реактивные материалы, что снижает вероятность неконтролируемых реакций. Однако у технологии есть и компромисс: меньшая энергетическая плотность означает, что такие батареи хранят меньше энергии при том же объёме.

Тем не менее, это считается приемлемой платой за существенный рост безопасности. Дополнительный плюс — пассивный характер защиты: системе не нужны датчики или активное охлаждение для предотвращения пожара, химия сама выполняет роль предохранителя.

Кроме того, повышенная безопасность позволяет уменьшить вес и стоимость защитных корпусов батарейных блоков, что потенциально удешевляет производство электромобилей.

По данным HiNa (Zhongke Haina), дочерней структуры института, паритет по стоимости между натрий-ионными и литий-ионными батареями может быть достигнут примерно к 2027 году, а к 2028 году ожидается пересечение ценовых диапазонов по мере масштабирования производства. Уже сейчас испытания на тяжёлых грузовиках показывают снижение энергопотребления примерно на 15% и увеличение запаса хода на около 20%, сообщает CarNewsChina.

В то же время у технологии есть важный нюанс: после срабатывания защитного механизма электролит затвердевает необратимо, блокируя движение ионов и фактически выводя ячейку из строя. Иными словами, батарея перестаёт работать и требует замены или ремонта модуля.

Однако в контексте систем безопасности это считается допустимым компромиссом: лучше полная остановка работы, чем риск пожара. Предполагается, что такие ситуации будут редкими, поскольку рабочие температуры эксплуатации значительно ниже порога срабатывания.

Несмотря на инновации, система охлаждения по-прежнему необходима, так как батареи в обычном режиме всё равно выделяют тепло, а перегрев может влиять на срок службы и эффективность.

Тем не менее, разработка рассматривается как потенциально прорывная не только для электромобилей, но и для любых устройств, использующих аккумуляторы — от стационарных накопителей энергии до портативной электроники.

Ранее мы писали, что PlayStation 6 может получить совместимость с играми для PS5 и PS4.

"Знай" также рассказывал, что онлайн-игры положительно влияют на творческие способности.

Кроме того, писали, как часто нужно перезагружать мобильный телефон.