Ученые нашли формулу электролита для безопасных батарей

Группа исследователей Мэрилендского университета (UMD) и лаборатории ARL (U.S. Army Research Laboratory) изобрела инновационную технологию «водно-солевых» элементов питания, позволяющую создавать эффективные и пожаробезопасные литий-ионные батареи, которые не содержат веществ, опасных для окружающей среды.

Главной находкой ученых стал особый состав водяного электролита — со сверхвысокой концентрацией специально подобранной литиевой соли. Его использование в батарее ведёт к образованию тонкой защитной и стабилизирующей плёнки на аноде. Эта, так называемая промежуточная фаза твёрдого электролита (Solid Electrolyte Interphase, SEI), обеспечивает рекордную производительность лучших в своём классе литий-ионных батарей. До сих пор её не удавалось получить в водных электролитах.

В статье, опубликованной в журнале Science, команда UMD & ARL сравнивает показатели их новой батареи «Water-in-Salt» и других систем с водяным электролитом. Они показали, что высокая стабильность прежних решений достигалась только ценой напряжения или ёмкости. Формирование SEI позволяет разрушить эту обратную зависимость и получить одновременно высокое напряжение и циклическую стабильность.

«В данной работе мы смогли увеличить электрохимическое окно водяного электролита с менее чем 1,5 В до ~3,0 В и продемонстрировать полноценный литий-ионный элемент с высоким напряжением 2,3 В. Этим мы впервые показали, что водяные батареи могут составить серьёзную конкуренцию по мощности и удельной ёмкости обычным литой-ионным устройствам, используемым для питания мобильной цифровой электроники», — заявил Чуньшен Ван (Chunsheng Wang), доцент факультета химических и биомолекулярных технологий UMD.

Новые пожаро-, экологически и химически безопасные элементы питания, по мнению авторов, получат применение в медицинских устройствах, самолётах и космических аппаратах, а также в приложениях, требующих большой мощности и ёмкости, например в электромобилях или в энергоаккумулирующих станциях. Сама водно-солевая технология может оказаться полезной для более широкого круга электрохимических устройств, включая суперконденсаторы и установки электролитического нанесения покрытий.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365