Китайцы удвоили ёмкость массовых литийионных аккумуляторов, просто заменив электролит

Китайские учёные в журнале Nature опубликовали статью, которая может стать началом революции в литийионных аккумуляторах. Новый, испытанный в лаборатории электролит показал двукратное увеличение ёмкости стандартных литийсодержащих аккумуляторов. Конструкция аккумулятора и электродов осталась фактически без изменений, что даёт основания ожидать впечатляющего прорыва на рынке накопителей энергии.

О разработке сообщили исследователи Нанькайского университета (Nankai University) и Шанхайского института космических источников энергии (Shanghai Institute of Space Power Sources). Представители космической отрасли крайне заинтересованы в таких аккумуляторах. Ведь помимо удвоения ёмкости они оказались устойчивы к низким температурам, показав значительно лучшие характеристики, чем классические литиевые аккумуляторы.

Текущие коммерческие аккумуляторы имеют энергетическую плотность примерно 250–300 Вт·ч/кг, в то время как новая разработка приближается к уровням 500–700 Вт·ч/кг и выше. Это позволяет либо существенно увеличить дальность хода, либо уменьшить вес и объём батареи при сохранении текущего пробега. С применением улучшенной батареи электромобили смогут преодолевать более 1000 км без подзарядки.

«В то время как обычные литиевые батареи могут терять до двух третей своей ёмкости при низких температурах, наша батарея сохраняет высокую плотность энергии — почти 400 ватт-часов на килограмм — даже при температуре минус 50 градусов по Цельсию», — заявили разработчики в недавнем интервью национальному телевидению.

В чём же секрет новой разработки? Новшество заключается в создании нового типа электролита, позволяющего хранить гораздо больше энергии на единицу массы. Традиционно литиевые аккумуляторы используют электролит на основе карбонатных растворителей. Это создаёт прочные связи кислорода с карбонатами и затрудняет мобильность ионов лития. В новой разработке состав электролита заменён на фторированный углеродный растворитель, что формирует более слабые связи карбонатов с фтором (вытесняя из связи кислород), а это повышает проводимость ионов, поскольку их связь с карбонатами ослабляется.

Суть открытия — в замене кислорода на фтор в основе растворителя, поскольку фтор уже активно используется в литийионных аккумуляторах в виде солей и, кстати, его применение связано с экологическими и санитарными рисками — это весьма вредное для здоровья людей вещество. Однако фтор стабилизирует характеристики аккумуляторов, и без него их производство в любом случае не обходится. Как бы там ни было, китайские учёные предложили интересный способ условно «даром» удвоить ёмкость аккумуляторов, не меняя радикально технологию их производства. Будет интересно узнать, к чему это приведёт.