Ученые МФТИ повысили эффективность самых мощных батарей

Ученые МФТИ увеличили энергоемкость литий-фторуглеродных батарей — самых мощных одноразовых источников тока. Разработка предназначена для устройств, способных работать десятки лет без обслуживания

Что случилось

В Московском физико-техническом институте (МФТИ) предложили способ сделать литий-фторуглеродные батареи более энергоемкими. Их применяют там, где замена батареи невозможна или крайне затруднена — от медицинских имплантов до космической техники.

Основное улучшение связано с составом электролита — среды, по которой внутри батареи движутся ионы лития. Ученые добавили в него специальную сульфоксидную добавку.

При работе обычной батареи на поверхности катода постепенно образуется плотный слой побочных продуктов. Он мешает движению ионов и ограничивает доступ к запасу энергии. Новый способ меняет ход реакции: на катоде формируется тонкий защитный слой, который не разрушает материал и не блокирует перенос заряда.

В лабораторных испытаниях удельная емкость батареи выросла с 846 до 875 мА·ч/г (миллиампер-часы на грамм — это удельная емкость аккумулятора). Прирост составил более 3%. Для таких элементов это значимое улучшение, поскольку они уже находятся на верхней границе по энергоемкости среди химических источников тока.

Исследователи собрали опытные образцы и подтвердили стабильность результата. Далее они планируют адаптировать технологию под разные температурные режимы — от сильного мороза до жары — и проверить работу батарей в реальных условиях.

Контекст и предпосылки

Разработка предназначена для медицинских имплантов, микроспутников, навигационных модулей, автономных датчиков и техники, которая должна годами работать без замены источника питания. Это узкоспециализированный, но критически важный сегмент, где на первый план выходят надежность и предсказуемость работы.

Проблема, которую решили ученые МФТИ, известна давно. Во всем мире уже много лет пытаются улучшить работу литий-фторуглеродных батарей — в том числе через добавки в электролит, модификацию катодов и управление побочными реакциями. Например, в ходе одного из зарубежных исследований в 2023 году в электролит добавили соединения с трифторидом бора. Эти добавки частично разрушают или «разрыхляют» изолирующий слой, чтобы батарея могла работать эффективнее и дольше использовать активный материал.

Ученые МФТИ, вместо того чтобы разрушать уже образовавшийся слой, сделали добавку, которая формирует тонкую и стабильную защитную пленку с самого начала. Она спасает катод от деградации, но при этом не блокирует движение ионов лития. Это делает работу батареи более контролируемой и стабильной.

Вероятные последствия

• Для конечных пользователей эта разработка может снизить количество операций по замене имплантов, избавить от необходимости обслуживания удаленных датчиков, уменьшить число выездов в труднодоступные регионы. Такие батареи могут повысить надежность систем, от которых зависит безопасность и здоровье людей.
• В спутниках и беспилотниках масса напрямую влияет на возможности устройства. Чем тяжелее аппарат, тем меньше полезной нагрузки он может нести и тем выше стоимость запуска или эксплуатации. Источник питания занимает заметную часть веса, особенно в системах, рассчитанных на длительную автономную работу. Более энергоемкая батарея может увеличить время работы при том же весе или позволит снизить массу источника питания и использовать освободившийся запас под полезную нагрузку или оборудование.

➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.