У якості літійвміщуючого компонента в електроліті виступає біс(трифторметансульфоніл)імід літію (LiTFSI) / фото X. Dong et al./ Joule

Китайські вчені розробили матеріал електроліту для літій-іонних акумуляторів, що дозволяє батареям працювати при мінусових температурах аж до -70 градусів Цельсія.

Ємність батарей на основі запропонованого електроліту і органічних електродів при такій температурі становить близько 70% від їх ємності при кімнатній температурі, пишуть вчені в Joule, передає N+1.

Читайте такожВчені з'ясували, що літій-іонні батареї можуть заряджатися в кілька разів швидше

Відео дня

Одна з проблем літій-іонних акумуляторів - різке зменшення ємності при падінні температури нижче нуля. Найбільш морозостійкі батареї продовжують працювати і при температурах до -40 градусів за Цельсієм, однак їх ємність при цьому знижується приблизно до 12%. Пов'язано це з тим, що речовина електроліту або просто замерзає, або сильно падає його провідність по іонам літію.

Китайські хіміки під керівництвом Юняо Ся з Фуданьского університету розробили новий матеріал органічного електроліту на основі етилацетату. У якості літійвміщуючого компонента в електроліті виступає біс(трифторметансульфоніл)імід літію (LiTFSI).

Такий електроліт володіє достатньою для нормальної роботи акумулятора іонною провідністю як при високих температурах (до 55 градусів Цельсія), так і при досить низьких мінусових температурах. Навіть при -70 градусах за Цельсієм його провідність по іонам літію становить 0,2 міллісіменса на сантиметр. Для порівняння, у одного з часто використовуваних електролітів LB303 на основі LiPF6, при кімнатній температурі провідність помітно вища, ніж у етилацетатного електроліту, але при зниженні температури до -40 градусів за Цельсієм падає відразу на 3 порядки.

Залежність іонної провідності від температури для запропонованої батареї (червоні точки) і для традиційного електроліту LB303 (сині крапки) / фото X. Dong et al./ Joule

На основі цього електроліту вчені зробили комірки із двома типами електродів. У першій батареї електроди складалися з інтеркаляційних сполук (анод - на основі манганата літію, катод - на основі покритого вуглецем змішаного фосфату літію і титану), а у другій - із органічних полімерних матеріалів (анод - на основі диангідриду нафталінтетракарбонової кислоти, а катод - з політрифеніламіну), в яких іони Li+ і TFSI - добре розчиняються навіть при дуже низьких температурах.

Виявилося, що органічні полімерні електроди дійсно дозволяють літій-іонній батареї працювати і при кімнатній, і при достатньо низькій мінусовій температурі. При -70 градусах за Цельсієм ємність такої батареї порівняно з ємністю при кімнатній температурі падає лише на 30%. При цьому, однак, для катодів на основі шаруватих інтеркаляційних сполук авторам роботи не вдалося досягти достатньої швидкості розчинення іонів літію, і така комірка так і не запрацювала при негативних температурах.

Автори роботи відзначають, що розроблені ними літій-іонні акумулятори перспективні для використання в першу чергу в якості короткочасних джерел енергії при низьких температурах, зокрема, для космічних програм.