Создан негорючий электролит для аккумуляторов

Сегодня цивилизация как никогда прежде зависит от портативных источников энергии, прежде всего литийионных аккумуляторов, которые работают в смартфонах, компьютерах, электромобилях и множестве других устройств. Как бы ни были эффективны такие батареи, разработчикам никак не удается избавить их от некоторых недостатков, включая короткий срок жизни, ограниченный диапазон рабочих температур и, конечно, риск воспламенения.

Легкость, с которой вспыхивают Li-Ion аккумуляторы, — особенно трудная проблема, ведь она связана с самыми базовыми принципами их устройства. Такие батареи работают, прокачивая ионы лития через раствор электролита, сам крайне легко воспламеняющийся. Это может происходить даже при обычном перегреве, когда температура раствора превышает 60 °С. Новый электролит, полученный исследователями из Стэнфордского университета, лишен этих недостатков. О нем рассказывается в статье, опубликованной в журнале Matter.

Дело в том, что обычный электролит для батарей — это соли лития в жидком органическом растворителе. При нагревании растворитель испаряется, деформируя аккумулятор, а затем может и вспыхнуть. Поэтому Лай Цзянь-Чэн (Lai Jian-Cheng) и ее коллеги использовали электролит на основе полимеров. В таком варианте ионы лития перемещаются с электрода на электрод не через жидкость, а через полимерную матрицу. Она намного более устойчива и живуча, хотя обычно не позволяет частицам двигаться так легко, как в жидкости.

Слева — один из стандартных электролитов, легко загорается. Справа — новый электролит, разработанный в Стэнфорде / © Jian-Cheng Lai, Stanford University

Чтобы решить эту проблему, ученые насытили полимер солями лития намного сильнее, чем это пробовали делать прежде. Как правило, на них приходится менее 50 процентов массы электролита, но Цзянь-Чэн с соавторами довели показатель до 63 процентов. Для облегчения движения ионов в состав добавили немного жидкого растворителя. Все это обеспечило новому полимерному электролиту SAFE производительность, сравнимую с обычными электролитами, плюс высокую устойчивость к нагреванию.

Эксперименты показали, что такую Li-Ion-батарею можно вполне безопасно нагревать выше 60 °C и даже до 100 °C. Другим важным достоинством новой разработки стала ее полная совместимость с существующими типами аккумуляторов. По словам ученых, электролит легко встраивается в обычные батареи, не требуя никаких заметных доработок.