Китайские исследователи говорят, что нашли способ создать крошечную, легкую литиевую батарею для использования в мобильных телефонах и электромобилях, которая может выдерживать до 80 процентов своего заряда при температурах до минус 40 градусов по Цельсию.
Прорыв произошел благодаря использованию нового материала, называемого твердым углеродом, и литий-ванадийфосфата, говорится в сообщении команды Даляньского института химической физики, опубликованном в этом месяце в выпуске научного журнала Nano Energy .
«Наша цель — разработать всесезонную батарею, которая будет недорогой, но с высокой безопасностью для потребительских товаров», — сказал Сонг Зихан, ведущий автор.
Это был беспрецедентный подход, но «мы доказали, что он работает», сказал он.
Идея аккумулятора, способного противостоять сильному холоду, не нова, и они уже используются в космосе, в Арктике и Антарктике. Но они имеют тенденцию быть очень громоздкими из-за системы отопления и большого количества изоляции, они должны функционировать должным образом при минусовых температурах.
Такие меры не являются ни физически, ни экономически целесообразными для таких приложений, как смартфоны, камеры, ноутбуки или электромобили. Хитрость, по словам Сунга, заключается в замене мягкого графита в обычных литиевых батареях на твердый углерод.
Графит является хорошим проводником и часто используется для анода в нижней части батареи, где генерируются электроны. Но производительность графита падает по мере скольжения ртути.
Сонг сказал, что твердый углерод был новым материалом, который в последние годы привлек большой исследовательский интерес, и по сравнению с графитом он обладает гораздо более высокой устойчивостью к холоду. Это было из-за его очень нерегулярной и «почти грязной» структуры, включающей слои атомов углерода, которые связаны друг с другом, сказал он. Однако твердый углерод также вызвал быстрое истощение ионов лития, которые служили агентом, несущим электрический поток в батарее, сказал он.
В прошлом исследователи пытались добавлять литиевые порошки или чешуйки для увеличения срока службы батареи, но этот подход оказался дорогостоящим и опасным, в основном потому, что чистый литий обладает высокой реакционной способностью.
Поэтому Сонг и его коллеги использовали композитный материал под названием литий-ванадийфосфат в качестве положительного катода на верхней части батареи.
Композит был способен обеспечить достаточное количество дополнительных ионов лития для потребности в твердом углероде без увеличения риска возгорания или взрыва, и это было дешевле, сказал он.
«Сочетание твердого углерода и литий-ванадийфосфата принесло плоды», — сказал Сонг.
Но технология все еще далека от того, чтобы быть коммерчески жизнеспособной. Созданная батарея команды Сонг слишком мала для любых реальных приложений, и для ее расширения потребуются некоторые «инновационные инженерные решения», сказал он.