Холодостойкий литий-ионный аккумулятор

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2018, №5)

pic_2018_05_18-2.jpg

Диапазон работы новых аккумуляторов

Разработаны литий-ионные аккумуляторы, которые не теряют производительности при температуре –70°C. В перспективе такие аккумуляторы могут улучшить работу смартфонов и электромобилей в зимнее время, а также оказаться полезными для техники, эксплуатируемой на больших высотах, или для спускаемых аппаратов, исследующих поверхность небесных тел Солнечной системы — планет и их спутников («Joule», 2018, doi: 10.1016/j.joule.2018.01.017).

Как всем известно из личного опыта, аккумуляторы в смартфонах, плеерах и другой портативной электронике на морозе быстро разряжаются или просто перестают работать. При –40°C литий-ионные аккумуляторы теряют до 88% емкости. Поэтому в холодных регионах, на большой высоте и в космическом пространстве для литий-ионных аккумуляторов предусматривают термоизоляцию и подогрев. Бывает даже, что из-за сложности технических решений подобного рода аккумуляторы заменяют одноразовыми источниками электрического тока или суперконденсаторами.

Понижение производительности литий-ионных аккумуляторов при низких температурах связано с тем, что увеличивается вязкость растворителя-электролита — он даже может замерзнуть. Изменения в электролите при пониженных температурах затрудняют или делают невозможным перемещение ионов лития между электродами аккумулятора в процессе зарядки и разрядки. Кроме того, на холоде ионы лития не проникают внутрь графитового анода аккумулятора, а покрывают электрод слоем металлического лития, способного легко возгораться.

Для создания безопасного аккумулятора, не теряющего эффективности при пониженной температуре, Юняо Ся, специалист по физической химии из Фуданьского университета, решил использовать в качестве электролита этилацетат. Это вещество замерзает при –84°C и не становится более вязким при понижении температуры. Несколько лет назад уже сообщалось о том, что этилацетат можно применять как электролит для литий-ионных аккумуляторов («Electrochimica Acta», 2015, 154, 287—293; doi: 10.1016/j.electacta.2014.12.093), однако поведение аккумулятора с таким электролитом при низких температурах не изучали. Ся решил это сделать. Когда исследователи из его группы скомбинировали электролит из этилацетата с обычными электродами литий-ионного аккумулятора, производительность такого источника питания оказалась невысока.

Тогда Ся и его коллеги заменили электроды, сделав их из электропроводных полимеров. При зарядке электрода анод из полиимида вступает в реакцию, связывая ионы лития; противоионы при этом абсорбируются на катоде из политрифениламина. При разрядке аккумулятора химический процесс протекает в обратном направлении, происходит высвобождение ионов лития и десорбция анионов. Новый аккумулятор работает в температурном интервале от +50°C до —70°C; при —70 °C он сохраняет 70% емкости, характерной для комнатной температуры. К сожалению, пока он имеет низкое напряжение выхода — всего 1,2 В. Ся с коллегами продолжают работать с электролитом и материалом электродов, чтобы увеличить производительность своего аккумулятора.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 5/2018) на с. 18 — 19.

Разные разности
28.01.2023
Милосердный пожар
Команда исследователей из Университета Миссури изучила, как почва после лесного пожара, насыщенная д...
10.01.2023
Лед озадачивает
Почему горячая вода замерзает быстрее холодной? Как выяснили химики, секрет кроетс...
09.01.2023
Пишут, что...
…волнистая рябь на поверхности сосулек связана с наличием примесей в воде, из которой сосулька о...
19.12.2022
Пишут, что...
…бездействующая черная дыра в созвездии Змееносца примерно в 10 раз массивнее Солнца и расположе...