Литий-ионные элементы являются основой питания большинства мобильных устройств, которыми мы пользуемся каждый день. Без них сложно представить электромобильность и многие другие области.
Неудивительно, что во многих местах по всему миру большие головы думают о том, как повысить их эффективность и производительность.
Читайте: Лучшие повербанки 2024 года – ТОП-10 рейтинг портативных зарядных устройств
Альтернативные материалы для литий-ионных аккумуляторов
Исследования направлены, в том числе и на поиск альтернативных решений в конструкции электродов. В наиболее популярных типах литий-ионных элементов в качестве анода используется графит — его легко получить, он дешёвый, лёгкий и прочный.
Однако в последние годы ведутся работы над весьма перспективными решениями микроанодов из металлических сплавов. Кремний, олово или алюминий используются для изготовления микроанодов из сплавов.
Потенциальными преимуществами таких электродов могут быть снижение затрат на производство и увеличение ёмкости аккумуляторов. Но проблемой пока является меньшая надёжность, особенно в элементах с электролитами на основе карбонатов.
Предыдущие исследования показали, что проблема заключается в слишком прочной связи сплавов с фазой твёрдого электролита SEI, которая образуется на электроде в качестве защитного слоя.
Это может привести к структурным трещинам как в анодном сплаве, так и в самом слое SEI, через который будет проникать электролит, создавая последующие слои SEI внутри трещин во время циклов разряда/заряда. Это приводит к быстрой деградации электрода и снижению эффективности.
В статье, опубликованной в журнале Nature Energy, исследователи из Университета Мэриленда и Университета Род-Айленда представили новый асимметричный электролит, который может улучшить производительность литий-ионных аккумуляторов со сплавными микроанодами.
«Использование анодов из сплавов наноразмеров может продлить жизненный цикл элемента, но ускоряет естественное старение батареи. Мы значительно улучшили производительность микроанодов Si, Al, Sn и Bi за цикл, за счёт разработки асимметричных электролитов (ионные жидкости без растворителей и молекулярный растворитель) для формирования неорганических SEI с высоким содержанием фторида лития, что позволяет достичь более 400 циклов с высокое сохранением ёмкости > 85%» — написали в своей статье Ай-Мин Ли, Зейи Ван и их коллеги.
Новый электролит, сокращённо называемый NMEP, предназначенный для работы с микронанодами и высокоэнергетическими каталитическими нейтрализаторами, основан на гексафторфосфате N-метил-N (2-метоксиэтокси) метилпирролидона.
Чтобы оценить потенциал электролита, исследовательская группа протестировала его на больших литий-ионных элементах. Тестовые ячейки достигли ёмкости более 140 мАч/г и сохраняли её в течение 200 циклов, а после 400 циклов всё ещё сохраняли 85% своей первоначальной Ёмкости.
Недавно разработанный асимметричный электролит улучшает совместимость между ключевым ингредиентом литиевых батарей, гексафторфосфатом лития, и диметиловым эфиром DME с низким восстановительным потенциалом, что позволило контролировать образование покрытий из фторида лития на микролегированных анодах.
Дальнейшие испытания, проводимые на батареях с различным химическим составом анода и катода, могут привести в будущем к разработке дешёвых и надёжных литий-ионных батарей следующего поколения.
Хотите первыми узнавать о Hi-Tech – ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на Telegram
А также читайте самые свежие обзоры на нашем сайте – TehnObzor.RU