Исследователи из Нанькайского университета в Тяньцзине и Шанхайского института космических источников питания разработали новый электролит для литиевых батарей на основе гидрофторуглеродов. Результаты работы, опубликованные в журнале Nature и освещенные изданием South China Morning Post, показывают кратное увеличение плотности энергии элементов и их стабильную работу при экстремально низких температурах.
В традиционных аккумуляторах химической средой для перемещения ионов между электродами служат соединения на основе азота и кислорода. При отрицательных температурах вязкость таких электролитов повышается, что снижает подвижность частиц и эффективность передачи заряда. В результате батарея теряет емкость, медленнее заряжается и быстрее разряжается, а подача тока при температуре ниже нуля градусов Цельсия может привести к необратимому повреждению оборудования.
Новое химическое соединение – синтезированный гидрофторуглеродный электролит – решает проблему потери мощности на холоде. Тестовые образцы продемонстрировали плотность энергии около 700 ватт-часов на килограмм при комнатной температуре. При охлаждении до минус 46 градусов Цельсия этот показатель составил порядка 400 ватт-часов на килограмм. Для сравнения: стандартные элементы питания современных электромобилей имеют плотность от 160 до 300 ватт-часов на килограмм, которая падает более чем вдвое уже при минус 20 градусах.
Разработка позволяет увеличить запас хода электротранспорта при сохранении прежних габаритов и массы аккумуляторного блока. Технология также применима в потребительской электронике, беспилотной авиации и робототехнике. Устойчивость к температурам до минус 70 градусов Цельсия делает аккумуляторы пригодными для использования в полярных экспедициях, глубоководных аппаратах и на орбитальных спутниках, подвергающихся резким термическим перепадам.
На данном этапе авторы исследования продолжают работу над улучшением стабильности состава. Для создания универсальных элементов питания, пригодных для постоянной работы в любых климатических условиях, китайским ученым предстоит повысить температуру кипения инновационного электролита.