Китайские исследователи из Шанхая и Тяньцзиня представили Li-ion-батареи с электролитом на основе гидрофторуглеродов с более чем вдвое большей плотностью энергии.

Разработчики утверждают, что химический состав стабильно работает даже при экстремальных условиях, в частности, при температурах до — 70°C. Это указывает на потенциальный путь для создания Li-ion-батарей с большим сроком работы и высокой надежностью, которые, в первую очередь, будут перспективны для использования в электромобилях.

В исследовании отмечается, что электролиты на основе гидрофторуглеродов преодолевают ограничения мощности и плотности энергии. При одинаковой массе батареи емкость хранения энергии при комнатной температуре может увеличиться вдвое, а то и втрое по сравнению с традиционными аналогами. Это может позволить увеличить запас хода электрокаров с 500-600 км до 1000 км на одной зарядке. Кроме этого технология способна улучшить характеристики смартфонов, дронов, роботов и даже космических аппаратов.

Электролит остается основной Li-ion-батарей, позволяя ионам перемещаться между положительными и отрицательными электродами. В течение десятилетий большинство электролитов использовало соединения на основе кислорода и азота, поскольку они эффективно растворяют соли лития. Однако при высоких нагрузках эффективность передачи заряда в таких электролитах падает. Это снижает производительность при низких температурах и замедляет зарядку. В некоторых случаях могут возникать и проблемы с безопасностью.

Разработанные группой исследователей из Нанькайского университета и Шанхайского института космических источников энергии (SISP) при Китайской корпорации аэрокосмической науки и техники электролиты на основе фтора имеют более низкую вязкость, лучшую стабильность и повышенную производительность в условиях низких температур. Ученые использовали один из электролитов на основе водорода, фтора и углерода для создания литий-металлических пакетных элементов с плотностью энергии более 700 Вт·ч/кг при комнатной температуре и около 400 Вт·ч/кг при температуре — 50°C.

По сравнению с этим традиционные Li-ion-батареи достигают примерно 136 Вт·ч/кг при комнатной температуре и 68 Вт·ч/кг при — 20°C. Исследователи утверждают, что даже при — 70°C их электролит сохранял высокую эффективность и стабильность циклов зарядки-разрядки.

Разработчики отмечают, что сейчас высокотемпературная стабильность электролита требует улучшений. Повышение температуры кипения электролитов может открыть возможности для применения в любых климатических условиях, сделав эту технологию жизнеспособной в более широком диапазоне сред.

Раньше ми писали, что новые кремниевые аноды сохраняют емкость Li-ion-батарей в течение тысяч циклов. Китай создал батарею на 700 Вт·ч/кг.

Десятки циклів замість тисяч: ШІ визначає термін служби Li-ion батарей швидше в 50 разів

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature

Источник: Interesting Engineering; South China Morning Post