Більше жодних вибухів: учені покращили літієві акумулятори за допомогою зрідженого газу

Учені зі США створили новий електроліт, який зробить літієві акумулятори більш надійними та безпечними для використання. Про винахід стало відомо порталу TechXplore.

Літій-іонні акумулятори забезпечують велику ємність та швидку зарядку, тому використовуються практично в усіх мобільних пристроях. Одним з їхніх головних недоліків є органічні речовини-сольвенти, які видобуваються з нафтової або вугільної сировини, а тому легко спалахують за екстремальних температур нижче -20 градусів за Цельсієм. Відомо чимало випадків, коли смартфони вибухали, травмуючи своїх власників.

Група вчених із Каліфорнійського університету в Сан-Дієго та Дослідницькій лабораторії армії США під керівництвом професора Ширлі Менг вирішили замінити горючі електроліти більш безпечними, які здатні працювати в широкому діапазоні температур. Вони отримали речовину на основі зрідженого газу, яке сумісне з літій-металевими батареями, тобто такими, в яких негативний електрод (анод) складається з чистого літію. Новий електроліт може працювати за температури від -60 до +55 градусів за Цельсієм і навіть гасити вогонь у разі займання.

"Він складається з різних фторвуглецевих газів, які під тиском зріджуються, утворюючи хімічно стабільний недорогий електроліт із низькою температурою замерзання", — пояснив Іцзе Інь, один з авторів дослідження.

Американські вчені представили концепцію зрідженого газового електроліту в 2017 році та намагалися його отримати останні п'ять років. Спочатку команда намагалася використовувати фторметани та дифторметан, але вони можуть легко спалахувати за певному робочому тиску. Щоб зробити електроліт безпечним, до його складу додали чисті вогнегасні речовини — тетрафторетан і пентафторетан, які погано замерзають, легко видобуваються і мають низький тиск пари. Їх частка у загальному обсязі речовини становить понад 80%.

"Ми також додали диметиловий ефір для розчинення солей та утворення висококонцентрованого електроліту зі співвідношенням солі й ефіру, щоб забезпечити широке електрохімічне вікно та стабільні межі розділу щодо Li та катоду. Завдяки низькому тиску парів (~ 5 атм) розчинники у вигляді зріджених газів можуть бути легко перероблені завдяки різниці тиску пари за різних температур", — розповіли винахідники.

На відміну від інших схожих речовин, новий склад добре сумісний з металевими батареями. Під час випробувань з літієвим анодом середня кулонівська ефективність становила 99,6% протягом 500 циклів і змогла опрацювати 18 650 осередків в екстремальних умовах. Кулонівська активність показує співвідношення ампер годинника, отриманого від зарядного пристрою і відданого акумулятором.

"Оскільки диметиловий ефір є розчинником, про який нещодавно повідомлялося, він є найпростішим ефіром, який потенційно сумісний з металевим літієм. Він також має видатні фізичні властивості й електрохімічні транспортні властивості. Тепер ми плануємо використовувати потенціал диметилового ефіру в інших дослідженнях акумуляторів, наприклад, акумуляторів, що працюють за наднизьких температур. Нас також цікавить розробка високовольтних (> 4,5 В) акумуляторів", — наголосив Іцзе Інь.

Раніше американські вчені покращили літій-іонні батареї за допомогою нових електродів. Вони дозволяють на 2000% точніше дізнаватися про стан заряду батарей.

У Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго також створили ідеальні літій-сірчані акумулятори. Вони розробили універсальний електроліт, здатний працювати за дуже високих і низьких температур.