Новая формула водного электролита улучшит безопасность литий-ионных батарей
В исследовании, результаты которого недавно были опубликованы в журнале Energy Storage Materials, команда инженеров из Политехнического института Ренсселера (RPI) продемонстрировала, что замена типичных органических электролитов на водные позволяет получить более безопасные и дешёвые источники питания, которые, вдобавок, неплохо работают.
Добиться нужной производительности от батарей на базе водных электролитов до сих оставалось самой серьёзной проблемой, мешавшей внедрению этих в остальном весьма перспективных решений. Водные электролиты абсолютно пожаробезопасны и не подвержены негативному воздействию влаги в процессе производства, однако под действием высокого напряжения вода в них расщепляется с образованием кислорода и водорода. Потеря электролита в результате электролиза приводит к тому, что водные батареи могут функционировать только в очень узком окне напряжений.
Выход, найденный командой RPI во главе с профессором Нихилом Кортакаром (Nikhil Koratkar), заключается в применении особого типа водного электролита — водно-солевого — который менее подвержен электролизу. Для катода учёные использовали оксид марганца, а для анода — сложный оксид ниобия вольфрама, впервые задействованный в батареях с водным электролитом.
«Оказалось, что оксид ниобия вольфрама является выдающимся с точки зрения энергии, сохраняемой на единицу объема», — сказал Кораткар. Он также отметил, что по этому показателю оксид ниобий вольфрама с большим отрывом лидирует среди всех известных анодных материалов водных литий-ионных батарей.
Такой анод, состоящий из оксидных частиц микронного размера, обладает хорошо выраженной системой каналов, которая ускоряет диффузию ионов лития, а значит и зарядку батареи.
Подобного рода производительность новых водных батарей в сочетании с их низкой стоимостью и повышенной безопасностью представляет большой интерес для портативной электроники, электромобилей и аккумулирования электричества в энергосетях — приложений, в которых накопление большого количества энергии в ограниченном объёме имеет критическое значение.