Электрокары будут работать в 3 раза дольше за счет прорывного материала для батарей (видео)
Корейские ученые показали новый гель-электролит, способный увеличить запас хода электромобилей в 2,8 раза, а срок службы их аккумуляторов — почти втрое. Секрет кроется в компонентах, подавляющих нежелательные реакции с кислородом.
Чтобы увеличить запас хода, производители электрокаров повышают рабочее напряжение аккумуляторов. Но у этого подхода есть неприятный побочный эффект: при высоком напряжении (выше 4,4 В) богатый никелем катод становится нестабильным и начинает выделять кислород. Этот газ, в свою очередь, после конвертации в реактивную форму ROS разрушает компоненты батареи, пишет Interesting Engineering.
Исследователи из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) нашли способ бороться с этим дефектом на уровне самого электролита. Они создали гель-электролит на основе полимерных цепей, содержащих антрацен и нитрил (An-PVA-CN). Результат обеспечивает два процесса:
- Подавление кислородных реакций: Антрацен в составе геля выполняет двойную защитную функцию. Во-первых, он связывается с нестабильным поверхностным кислородом на катоде, предотвращая его высвобождение и превращение в активные формы. Во-вторых, он нейтрализует уже существующие агрессивные формы кислорода, не давая им разрушать электролит.
- Стабилизация катода: Нитрильные группы в составе геля, в свою очередь, связываются с ионами никеля на поверхности катода, предотвращая его растворение и растрескивание под высоким напряжением.
Что показали тесты
Новый материал продемонстрировал впечатляющие результаты в лабораторных испытаниях. Батареи с новым электролитом сохранили 81% своей емкости после 500 циклов перезарядки при высоком напряжении 4,55 В. Это почти втрое лучше, чем у стандартных аккумуляторов. Вдобавок гель в 6 раз снизил образование газов внутри ячейки, которые могут привести к ее вздутию и выходу из строя.
Это открытие меняет подход к созданию батарей. Вместо того чтобы пытаться модифицировать сам катод, ученые предложили стабилизировать его с помощью "умного" вещества. "Это исследование доказывает, что реакции с кислородом в высоковольтных батареях можно контролировать на этапе проектирования электролита", — объяснил профессор Хен-Кон Сонг.
Технология даст возможность производить более легкие и безопасные и аккумуляторы не только для электрокаров, но и для аэрокосмической отрасли и крупномасштабных систем хранения энергии, где долгий срок службы является критическим фактором.
Ранее сообщалось, что цинковые батареи заменят литиевые. Цинковые аккумуляторы сегодня считаются перспективной альтернативой традиционной литий-ионной технологии, предлагая более широкий диапазон рабочих температур, более долгий срок службы и более низкую стоимость за киловатт-час.