Учёные из Южно-Китайского педагогического университета разработали полимерный твёрдотельный электролит, который позволяет литиевым батареям стабильно работать в экстремальных температурах — от сильного мороза до жары. Это важный шаг к более безопасным, долговечным и универсальным аккумуляторам для электромобилей, авиации и систем хранения энергии.
Традиционные литий-ионные батареи используют жидкий электролит, который легко воспламеняется и плохо работает на морозе. Твёрдотельные альтернативы гораздо безопаснее, но до сих пор страдали от низкой ионной проводимости, плохого контакта с электродами и нестабильности при высоком напряжении.
Новая разработка решает сразу несколько этих проблем с помощью поли(тетрагидрофурана) (poly(THF)) с особой структурой.
Как устроен новый электролит
Учёные применили полимеризацию — материал заливается в батарею в жидком виде, а затем затвердевает прямо внутри, идеально прилегая к электродам. Ключевые улучшения:
- Замена мономера на тетрагидрофуран повысила стабильность при высоком напряжении до 4,9 В.
- Добавление сшивающего агента (этиленгликоль диглицидилового эфира) создало трёхмерную сетку, которая улучшила проводимость ионов лития до 3,3 мСм/см при комнатной температуре.
- Добавка LiDFOB (литий дифтор(оксалато)борат) не только запускает полимеризацию, но и формирует защитный слой на электродах, снижая побочные реакции.
Тестирование в экстремальных условиях
Батареи с новым электролитом и катодами NCM811 и LCO показали отличную стабильность при напряжении 4,5 В в течение сотен циклов с минимальной потерей ёмкости. Самое впечатляющее — рабочий диапазон температур от -40°C до +55°C. Это делает технологию подходящей для электромобилей в холодных регионах, летающих такси (eVTOL) и стационарных накопителей энергии.
Поскольку электролит формируется внутри батареи, технология совместима с существующими производственными линиями — не требуется радикальной перестройки заводов. Авторы исследования отмечают, что подход можно адаптировать и для других химий, например натриевых или литий-серных батарей.
Исследование опубликовано в журнале eScience Energy.
