Китайские ученые разработали материал электролита для литий-ионных аккумуляторов, который позволяет батареям работать при отрицательных температурах вплоть до −70 градусов Цельсия.
Одна из проблем литий-ионных аккумуляторов – резкое уменьшение емкости при падении температуры ниже нуля. Ученые выяснили, что литий-ионные батареи могут заряжаться в несколько раз быстрее.
Китайские химики под руководством Юняо Ся из Фуданьского университета разработали новый материал органического электролита на основе этилацетата. В качестве литийсодержащего компонента в электролите выступает бис(трифторметансульфонил)имид лития (LiTFSI). Такой электролит обладает достаточной для нормальной работы аккумулятора ионной проводимостью как при высоких температурах (до 55 градусов Цельсия), так и при достаточно низких отрицательных температурах.
Даже при −70 градусах Цельсия его проводимость по ионам лития составляет 0,2 миллисименса на сантиметр. Для сравнения, у одного из часто используемых электролитов LB303 на основе LiPF6, при комнатной температуре проводимость заметно выше, чему у этилацетатного электролита, но при снижении температуры до −40 градусов Цельсия падает сразу на 3 порядка.
На основе этого электролита ученые сделали ячейки с двумя типами электродов. В первой батарее электроды состояли из интеркаляционных соединений (анод — на основе манганата лития, катод — на основе покрытого углеродом смешанного фосфата лития и титана), а во второй — из органических полимерных материалов (анод — на основе диангидрида нафталинтетракарбоновой кислоты, а катод — из политрифениламина), в которых ионы Li+ и TFSI- хорошо растворяются даже при очень низких температурах.
Оказалось, что органические полимерные электроды действительно позволяют перезаряжаемой литий-ионной батарее работать и при комнатной, и при достаточно низкой отрицательной температуре. При −70 градусах Цельсия емкость такой батареи по сравнению с емкостью при комнатной температурой падает всего на 30 процентов. При этом, однако, для катодов на основе слоистых интеркаляционных соединений авторам работы не удалось добиться достаточной скорости растворения ионов лития, и такая ячейка так и не заработала при отрицательных температурах.
Авторы работы отмечают, что разработанные ими литий-ионные аккумуляторы перспективны для использования в первую очередь в качестве кратковременных источников энергии при низких температурах, в частности, для космических приложений.
