Необычная соль улучшила батареи "следующего поколения": что придумали ученые

Исследователи из китайского Университета Цинхуа недавно разработали новую асимметричную соль лития с эфироподобной молекулярной геометрией, которая может улучшить характеристики литий-металлических батарей, сообщает TechExplore. Результат своих изысканий они опубликовали в журнале Nature Energy, отметив, что их разработка обеспечивает механизм самоочистки электролита, что позволяет повысить производительности литий-металлических аккумуляторов.

В чем основной недостаток литий-металлических батарей

Литий-металлические батареи, которые содержат металлический анод на основе лития, в настоящее время используются для питания широкого спектра электронных устройств. Большинство этих батарей содержат электролиты на карбонатной основе, которые не способны пассивировать коррозию литиевого анода, вызывая значительный рост дендритов и ограничивая циклический срок службы элемента.

"Литий-металлические батареи были признаны батареями следующего поколения из-за их высокой плотности энергии", — говорит Кай Лю, один из ученых, проводивших исследование. — "Однако межфазный процесс твердого электролита, богат органическими веществами, которые образуются на металлическом литиевом электроде и, таким образом, срок службы, мощность и безопасность батареи сильно ограничены".

Как ученые решили проблему

Ученые создали молекулу литиевой соли с новой способностью к самоочищению для удаления органических компонентов, что обеспечивает высокую мощность и длительный срок службы с карбонатными электролитами. LiFEA, новая литиевая соль, созданная Лю и его коллегами, имеет характерную псевдокоронную, эфироподобную и складчатую молекулярную геометрию. Эта уникальная геометрия способствует формированию SEI (solid electrolyte interphase), богатого неорганическими материалами, который хорошо совместим с литий-металлическими анодами.

Соль была синтезирована путем замены определенного компонента широко используемых солей лития цепью на основе этиленгликоля. В первоначальных тестах исследователи обнаружили, что добавление их соли в электролиты облегчало растворение первоначально образованных SEI, ускоряя его в три раза. Спектроскопические измерения показали, что соль может замедлять коррозию анодов и рост дендритов, побуждая SEI самоочищаться. Команда обнаружила, что это может значительно улучшить производительность литий-металлических аккумуляторов, улучшив как их удельную мощность, так и циклическую стабильность.

Исследователи добавляли свою новую соль лития в аккумуляторные батареи и обнаружили, что они работают на удивление хорошо. В частности, карманные элементы емкостью 310 Втч·кг достигли плотности мощности приблизительно 410 Вт·кг при плотности разрядного тока 6,59 мА·см.

Более того, после 100 циклов в условиях быстрого заряда-разряда эти элементы сохранили 81% своей емкости. В будущем эта работа может способствовать производству быстродействующих и высокоэнергетических литий-металлических аккумуляторов для широкого спектра применений, включая электромобили.

"Другими словами, в будущем электромобили могут заряжаться быстрее, ускоряться быстрее и преодолевать большее расстояние. Теперь мы сосредоточимся на улучшении молекулярной структуры и дальнейшем улучшении производительности на промышленных крупноформатных батарея", — говорят ученые из Китая.

Ранее Фокус рассказывал, что ученые собрали уникальный "сэндвич" из нанолистов. Теперь батареи будут заряжаться еще быстрее.