Незвичайна сіль поліпшила батареї "наступного покоління": що вигадали вчені

Дослідники з китайського Університету Цінхуа нещодавно розробили нову асиметричну сіль літію з ефіроподібною молекулярною геометрією, що може поліпшити характеристики літій-металевих батарей, повідомляє TechExplore. Результат своїх досліджень вони опублікували в журналі Nature Energy, зазначивши, що їхня розробка забезпечує механізм самоочищення електроліту, що дає змогу підвищити продуктивність літій-металевих акумуляторів.

У чому основний недолік літій-металевих батарей

Літій-металеві батареї, які містять металевий анод на основі літію, нині використовуються для живлення широкого спектра електронних пристроїв. Більшість цих батарей містять електроліти на карбонатній основі, які не здатні пасивувати корозію літієвого анода, спричиняючи значний ріст дендритів і обмежуючи циклічний термін служби елемента.

"Літій-металеві батареї були визнані батареями наступного покоління через їхню високу щільність енергії, — говорить Кай Лю, один із учених, які проводили дослідження. — Однак міжфазний процес твердого електроліту, багатий на органічні речовини, які утворюються на металевому літієвому електроді, і так термін служби, потужність і безпека батареї сильно обмежені".

Як учені вирішили проблему

Учені створили молекулу літієвої солі з новою здатністю до самоочищення для видалення органічних компонентів, що забезпечує високу потужність і тривалий термін служби з карбонатними електролітами. LiFEA, нова літієва сіль, створена Лю та його колегами, має характерну псевдокоронну, ефіроподібну та складчасту молекулярну геометрію. Ця унікальна геометрія сприяє формуванню SEI (solid electrolyte interphase), багатого на неорганічні матеріали, який добре сумісний із літій-металевими анодами.

Сіль було синтезовано шляхом заміни певного компонента широко використовуваних солей літію ланцюгом на основі етиленгліколю. В початкових тестах дослідники виявили, що додавання їхньої солі в електроліти полегшувало розчинення спочатку утворених SEI, прискорюючи його втричі. Спектроскопічні вимірювання показали, що сіль може сповільнювати корозію анодів і зростання дендритів, спонукаючи SEI самоочищатися. Команда виявила, що це може значно поліпшити продуктивність літій-металевих акумуляторів, поліпшивши як їхню питому потужність, так і циклічну стабільність.

Дослідники додавали свою нову сіль літію в акумуляторні батареї та виявили, що вони працюють напрочуд добре. Зокрема, кишенькові елементи місткістю 310 Втг-кг досягли щільності потужності приблизно 410 Вт-кг за щільності розрядного струму 6,59 мА-см.

Ба більше, після 100 циклів в умовах швидкого заряду-розряду ці елементи зберегли 81% своєї місткості. У майбутньому ця робота може сприяти виробництву швидкодіючих і високоенергетичних літій-металевих акумуляторів для широкого спектра застосувань, включно з електромобілями.

"Іншими словами, у майбутньому електромобілі можуть заряджатися швидше, прискорюватися швидше й долати більшу відстань. Тепер ми зосередимося на поліпшенні молекулярної структури та подальшому поліпшенні продуктивності на промислових великоформатних батареях", — кажуть учені з Китаю.

Раніше Фокус розповідав, що вчені зібрали унікальний "сендвіч" із нанолистів. Тепер батареї заряджатимуться ще швидше.