Ученые из Стэнфорда разработали электролит, обладающий негорючими свойствами и сохраняющий работоспособность при нагревании до 100 °C.
Сегодня цивилизация в большей степени, чем когда-либо, нуждается в компактных источниках питания, в первую очередь литий-ионных аккумуляторов, которые используются в смартфонах, компьютерах, электромобилях и других устройствах. Несмотря на высокую эффективность этих батарей, разработчики не могут полностью устранить некоторые их недостатки, включая короткий срок жизни, ограниченный диапазон рабочих температур и, конечно, риск воспламенения.
Воспламенение литий-ионных аккумуляторов представляет собой серьезную проблему, поскольку оно обусловлено фундаментальными аспектами их конструкции. Принцип работы этих батарей заключается в перемещении ионов лития через электролит, который сам по себе легко воспламеняется. Это может произойти даже при незначительном перегреве, когда температура электролита превышает 60 °С. Новый электролит, разработанный учеными из Стэнфордского университета, не подвержен этим недостаткам. О нем рассказывается в статье, опубликованной в журнале Matter.
Обычный электролит для литиевых батарей представляет собой соли лития, растворенные в органической жидкости. При нагревании эта жидкость испаряется, что приводит к деформации аккумулятора и может вызвать возгорание. В связи с этим Лай Цзянь-Чэн (Lai Jian-Cheng) и ее команда разработали электролит на основе полимеров. В данном типе электролитов ионы лития перемещаются между электродами через полимерную структуру, а не через жидкую среду. Полимерная матрица обладает повышенной стабильностью и долговечностью, хотя и ограничивает подвижность частиц по сравнению с жидким электролитом.
Для решения данной проблемы исследователи значительно увеличили концентрацию солей лития в полимере, что ранее не практиковалось. Обычно эти соли составляют менее 50 процентов массы электролита, однако Цзянь-Чэн и его коллеги смогли повысить этот показатель до 63 процента. Чтобы улучшить подвижность ионов, в состав добавлено небольшое количество жидкого растворителя. Благодаря этим изменениям, новый полимерный электролит SAFE демонстрирует производительность, сопоставимую с традиционными электролитами, и обладает повышенной термостойкостью.
Исследования продемонстрировали, что данную Li-Ion-батарею можно безопасно нагревать до температур, превышающих 60 °C, и даже до 100 °C. Значительным преимуществом новой разработки является ее полная совместимость с уже используемыми типами аккумуляторов. Ученые отмечают, что электролит легко интегрируется в стандартные батареи, не требуя существенных изменений.