Батареи смогут работать на чрезвычайном морозе: найден новый электролит
Новый электролит для литий-ионных аккумуляторов не теряет свойств при температуре -80°C. Ученые хотят приспособить его к современным батареям.
Международная исследовательская группа разработала новый электролит, который позволяет литий-ионным аккумуляторам эффективно работать в чрезвычайный мороз. Об этом сообщает издание South China Morning Post.
Международная группа под руководством Фана Сюлиня, профессора Чжэцзянского университета, утверждает, что разработка позволит батареям эффективно работать до — 80°C. Исследователи обнаружили ранее неоткрытый механизм транспортировки ионов в батареях, который потенциально может заложить основу для разработки высокоэнергетических батарей, способных функционировать в экстремальных условиях.
Создание литий-ионных аккумуляторов, пригодных для низкотемпературной среды, было сложной задачей из-за трудностей достижения баланса между высокой плотностью энергии, широким диапазоном рабочих температур и возможностями быстрой зарядки в одной батарее. Одной из причин является то, что все эти функции зависят от электролита, компонента батареи, который перемещает ионы между электродами.
Чтобы решить эту проблему, команда создала электролит, состоящий из небольших молекул растворителя, которые обеспечивают характеристики батареи, недостижимые с имеющимся составом электролита.
Согласно результатам исследования, новый электролит способствовал сверхбыстрой зарядке в холодных условиях. Это позволило литий-ионным батареям стабильно работать с большой емкостью и стабильностью при низких температурах. Батарея может заряжаться на 80% от своей емкости за 10 минут при чрезвычайно низких температурах.
Инновационный электролит также повышает производительность аккумулятора. Соли лития, смешанные в органическом растворителе, являются обычными ингредиентами электролитов для литий-ионных аккумуляторов. Электролиты ограничивают ионную проводимость или движение ионов в аккумуляторе. После четырех лет исследования, которое включало испытания многих растворителей в широком диапазоне температур, группа в конце концов остановилась на растворителе, известном как фторацетонитрил.
Исследователи обнаружили, что электролит способствует неизвестному режиму структурного движения внутри аккумуляторов посредством экспериментов с использованием литий-ионных батарей в мягкой упаковке также известных как аккумуляторные элементы с плоским мешком
Исследователи называют этот процесс "транспортировкой лигандным каналом", во время которого малые молекулы растворителя в электролите образуют два слоя оболочки вокруг ионов лития и создают каналы для прохождения ионов.
Механизм проводимости с помощью лигандных каналов делает возможными высокоэнергетические батареи, работающие в суровых условиях. Этот метод позволил новому электролиту иметь в 10 000 раз лучшую ионную проводимость при -70°C, в отличие от обычных электролитов.
Научная группа обнаружила, что их концепция дизайна электролита невероятно хорошо работает для литий-ионных, натриевых и калий-ионных аккумуляторов. По словам ученых, могут потребоваться дополнительные исследования, чтобы гарантировать, что электролит может должным образом функционировать в традиционной конструкции аккумулятора.
Литий для аккумуляторов — довольно дефицитный компонент. Напомним, что в декабре прошлого года американские исследователи нашли огромные запасы лития под калифорнийским озером Солтон.