Группа ученых под руководством профессора Фань Сиюлиня из Университета Чжэцзян (Китай) разработала новый электролит, позволяющий литий-ионным аккумуляторам эффективно работать при сверхнизких температурах, достигающих -80 °C.
Исследование, опубликованное в журнале Science, также раскрыло ранее неизвестный механизм переноса ионов в аккумуляторах. Это открытие может стать основой для создания высокоэнергетических аккумуляторов, функционирующих в экстремальных условиях.
По словам профессора Фань, такие аккумуляторы найдут применение в различных областях, включая телекоммуникации, железнодорожный транспорт, исследования Арктики, авиацию и электромобили.
Электролит из растворителя
Ранее создание литий-ионных аккумуляторов, пригодных для низких температур, было затруднено из-за сложности достижения баланса между высокой плотностью энергии, широким диапазоном рабочих температур и быстрой зарядкой.
Исследователи решили эту проблему, создав электролит из крошечных молекул растворителя, которые обеспечивают характеристики аккумулятора, «недостижимые» с существующими конструкциями электролитов.
Новый электролит позволил добиться сверхбыстрой зарядки в холодной среде, высокой емкости и стабильности работы литий-ионных аккумуляторов при температурах до -80 °C. Кроме того, аккумулятор может быть заряжен на 80% своей емкости за 10 минут при экстремально низких температурах.
В ходе исследования ученые протестировали множество растворителей в широком диапазоне температур и остановились на фторуксусацетонитриле. Эксперименты показали, что новый электролит способствует ранее неизвестному механизму структурного движения ионов внутри аккумуляторов, названному «транспортом через лигандный канал».
Этот механизм позволяет создавать высокоэнергетические аккумуляторы, функционирующие в суровых условиях. Благодаря ему, новый электролит демонстрирует в 10 000 раз лучшую ионную проводимость при -70 °C по сравнению со стандартными электролитами.
По словам ученых, их разработка также эффективна для натрий-ионных и калий-ионных аккумуляторов. Однако для внедрения в традиционные конструкции аккумуляторов потребуются дальнейшие исследования.
