Сегодня аккумуляторы питают практически все, от смартфонов до электромобилей. Но у современных аккумуляторов есть скрытая опасность: вредные фторированные соединения. С учетом этого, а также повышенного интереса к охране окружающей среды, среди исследователей встала проблема создания экологически чистых материалов для производства аккумуляторных батарей.
В этой связи южнокорейские исследователи из Научно-технологического университета Пхохана (Pohang University of Science and Technology или POSTECH) и химической компании Hansol разработали технологию производства нефторированных аккумуляторов.
Стандартные аккумуляторы, как известно, обычно используют фторированные связующие и электролиты, но предложенная южнокорейскими учеными новая технология полностью свободна от этих вредных веществ. Нефторированный аккумулятор обеспечивает улучшенную производительность, более длительный срок службы и он более экологичен. “Мы не просто заменили фторированные системы, мы доказали высокую производительность и исключительную стабильность”, - сказал Суджин Парк (Soojin Park) из POSTECH. Он добавил: “Наше решение повысит устойчивость аккумуляторной промышленности, облегчив переход на системы с нефторированными аккумуляторами и обеспечив при этом соблюдение экологических требований”.
Фторированные соединения, такие как поливинилиденфторид (PVDF) и гексафторфосфат лития (LiPF6, LP), являются основными компонентами традиционных литиевых аккумуляторов. Однако использование системы PVDF-LP связано с выделением вредного фтористого водорода (HF), который может снизить эффективность работы аккумулятора и срок его службы. Кроме того, ПВДФ не поддается биологическому разложению, что означает, что он не может разлагаться естественным путем и остается в окружающей среде в течение длительного времени.
Во многих странах мира, в частности, в Евросоюзе, в последнее время ужесточены правила в отношении PFAS, группы химических веществ, в которую входит PVDF. В частности, ожидается, что в Евросоюзе произойдет запрет на использование PFAS к 2026 году, что повлечет за собой рестрикции на последующее использование PVDF в литиевых батареях в течение ближайших нескольких лет.
“Исследователи из POSTECH и Hansol Chemical разработали систему аккумуляторов, не содержащих фтора, чтобы соответствовать новым экологическим нормам и повысить производительность батареи”, - отмечается в пресс-релизе POSTECH. В частности, они разработали новый электролит, изготовленный из перхлората лития (LiClO4), для замены фторированного электролита LiPF6. Кроме того, они создали нефторированное ароматическое полиамидное связующее (APA). “Эта инновационная система “APA-LC” полностью не содержит фторированных соединений”, - отмечается в пресс-релизе. “Связующее APA укрепляет связь между активным материалом катода и алюминиевым токосъемником, предотвращая коррозию электрода в электролите и значительно продлевая срок службы батареи“, - говорится в сообщении.
Кроме того, в нем используются хлорид и оксид лития для снижения энергетического барьера, что облегчает перемещение ионов. Это приводит к более быстрой диффузии лития и более высокой производительности по сравнению с существующей системой LP.
“В целом, система APA-LC продемонстрировала большую устойчивость к окислению, чем обычная система PVDF-LP, и сохранила на 20% большую емкость после 200 циклов при быстрой зарядке/разрядке со скоростью 1 ° C в диапазоне 2,8–4,3 В в тесте coin cell”, - говорится в пресс-релизе POSTECH.
В рамках свои исследований ученые из POSTECH использовали новую систему APA-LC для создания карманного аккумулятора емкостью 1,5 Ач, который продемонстрировал превосходную производительность как при обычной разрядке, так и при быстрой зарядке. “Это первая в мире успешная демонстрация полностью масштабируемой и практичной аккумуляторной системы, изготовленной исключительно из нефторированных материалов, без каких-либо фторированных соединений”, - отмечается в сообщении.
Результаты указанной работы опубликованы в журнале Chemical Engineering.