Электролит в аккумуляторе - вещь важная. Он помогает заряженным частицам (ионам) перемещаться между двумя электродами, тем самым производя зарядку и разрядку. Проблема в том, что жидкий электролит Li-Ion батарей, которые широко используются в современных электрокарах (и не только), начинает замерзать при минусовой температуре. Это сильно мешает зарядке в холодное время года и в целом снижает эффективность устройства.
Однако учёные из двух национальных лабораторий Министерства энергетики США придумали решение данной проблемы. Они разработали фторсодержащий электролит, который хорошо работает даже при отрицательных температурах.
В обычных литий-ионных аккумуляторах электролит представляет собой смесь соли (гексафторфосфата лития) и карбонатных растворителей (этиленкарбонат). Когда соль растворяется, образуется жидкость. Во время зарядки ионы лития перемещаются через эту жидкость от катода (литийсодержащий оксид) к аноду (графит). При этом каждый ион находится в окружении 4-5 молекул растворителя.
Во время первых нескольких зарядов все они ударяются о поверхность анода, образуя защитный слой - некую границу, пропускающую только ионы лития (без молекул растворителя). Таким образом анод сохраняет атомы лития в структуре графита при зарядке.
При низких температурах электролит с карбонатными растворителями начинает замерзать, при этом ионы лития очень прочно “застревают” внутри молекул растворителя. Следовательно, им требуется больше энергии для освобождения и проникновения в межфазный слой, чем при комнатной температуре.
Новый состав электролита решает сразу несколько задач. Во-первых, обладает слабым энергетическим барьером, поэтому ионам лития будет проще освободиться при “холодной зарядке”. Во-вторых, в процессе тестирования выяснилось, что он сохраняет стабильную ёмкость накопления энергии в течение 400 циклов заряда-разряда при -20°C. Даже при такой температуре энергоёмкость остаётся такой же, как у элемента с обычным электролитом при комнатных условиях. В-третьих, он не воспламеняется - что очень важно для литий-ионных аккумуляторов, и в разы повышает их безопасность.
Учёные обещают, что новая технология будет работать не только с аккумуляторами в электромобилях, но также с накопителями в электрических сетях и бытовой электронике, такой как смартфоны и компьютеры.
Открытие уже патентуется, а исследователи ищут партнёров для адаптации нового электролита к уже существующим аккумуляторам.