Новый электролит для литий-ионных аккумуляторных батарей

Литий-ионные аккумуляторные батареи являются самыми популярными  для  комплектации мобильной электроники, разного рода оборудования и современного электротранспорта. И это не удивительно, ведь аккумуляторы на основе лития отличаются от других типов батарей высокой плотностью заряда на единицу массы, они выдерживают глубокие разряды и имеют  большое количество циклов заряда/разряда. Тем не менее, литий ионные батареи еще далеки  от совершенства и есть ряд проблем при их использовании.

Если не вдаваться в подробности описания устройства литиевой аккумуляторной батареи, то вкратце ― это батарея с двумя электродами: катод – сделан на основе алюминиевой фольги, анод – на основе медной фольги. Электроды погружены в электролит, в котором и происходят электрохимические реакции, результатом которых является движение электронов  и выработка электрического тока.

Сам электролит,–  является одновременно и вместилищем заряда , и проводником во время зарядки аккумулятора. Чаще всего, электролит содержит раствор лития, что не очень хорошо, так как электролит вступает в реакцию с литием, входящим в состав активной массы на электродах. В результате,  могут  образовываются дендриты (наросты). Дендриты постепенно вырастают в длинные цепи в электролите, на  пути электронов, формирующих заряд. В лучшем случае, батарея станет быстро разряжаться,  а  через  некоторое время, - вообще выйдет из строя; в самом худшем ― может самовоспламениться.

Ученым известно, что для повышения эффективности аккумуляторов, необходимо увеличить  рабочую поверхность его электродов, однако этому мешала проблема дендритов.В многочисленных попытках решить эту проблему, ученые изменяли формулу электролита разными добавками, покрывали анод углеродными наносферами, даже добавляли в смесь кевлар, но ничего не помогало решить проблему и, в лучшем случае, удавалось замедлить рост дендритов, но не остановить полностью.

Ученым из Тихоокеанской Северо-западной Национальной Лаборатории (Pasific Northwest National Laboratory - PNNL) удалось разработать новую формулу электролита, которая, по счастливой случайности (а может и не случайно), не только препятствует возникновению вредоносных наростов, но и повышает общую эффективность аккумулятора.

Руководитель проекта, доктор Джи-Гуан Джан, говорит, что новый электролит повысит эффективность батарей в 2 раза  и позволит увеличить ёмкость - более чем в десять раз, по сравнению с современными аккумуляторами аналогичного объёма. Новая разработка  выводит  на новый уровень перспективные аккумуляторные батареи таких типов,  как литий серная, литий воздушная и литий металлическая.

В процессе создания нового электролита, ученые из PNNL, экспериментировали с кремний органическими соединениями. Для испытаний, был  создан маленький аккумулятор  -  25 мм в диаметре. При полном заряде аккумулятора,  ученые не обнаружили никаких признаков роста дендритов, анод лишь покрылся тонким слоем литиевых узелков. После 1000 циклов заряда/разряда, новая аккумуляторная батарея сохранила 98,4%  первоначальной емкости, поддерживая ток около 4 мА на квадратный сантиметр. Изменение плотности тока немного влияет на эффективность батареи, но совсем незначительно. Так, при токе 10 мА на квадратный сантиметр, КПД батареи составляет чуть больше 97%, что является показателем исключительно высоким.

Ученые считают, что их разработка позволит упростить конструкцию батареи, убрав оттуда анод, функцию которого сможет выполнять новый электролит. Если это сработает, литиевые аккумуляторные батареи станут гораздо меньше в размерах и дешевле в производстве. Новая технология, также сделает этот тип батарей максимально безопасными.

Такие новости не могут не радовать любителей  легкого электротранспорта, - ведь до сих пор, одним из  основных  недостатков литиевых аккумуляторов была их высокая стоимость. Остаётся только дождаться подтверждения на практике результатов экспериментов и начала промышленного производства. К сожалению, на это может уйти ещё немало времени.