Літій-іонні акумулятори навчили працювати при -70 градусах

Китайські вчені розробили матеріал електроліту для літій-іонних акумуляторів, який дозволяє батареям працювати при негативних температурах аж до -70 градусів Цельсія. Ємність батарей на основі запропонованого електроліту і органічних електродів при такій температурі становить близько 70 відсотків від їх ємності при кімнатній температурі, пишуть вчені в  Joule .

Одна з проблем літій-іонних акумуляторів – різке зменшення ємності при падінні температури нижче нуля. Найбільш морозостійкі батареї продовжують працювати і при температурах до -40 градусів Цельсія, однак їх ємність при цьому знижується приблизно до 12 відсотків. Пов’язано це з тим, що речовина електроліту або просто замерзає, або сильно падає його провідність по іонів літію.

Китайські хіміки під керівництвом Юняо Ся (Yongyao Xia) з Фуданьського університету розробили новий матеріал органічного електроліту на основі етилацетату. Як літійового компонента в електроліті виступає біс (тріфторметансульфоніл) імід літію (LiTFSI). Такий електроліт має достатню для нормальної роботи акумулятора іонну провідність, як при високих температурах (до 55 градусів Цельсія), так і при досить низьких негативних температурах. Навіть при -70 градусах Цельсія його провідність по іонів літію становить 0,2 міллісіменса на сантиметр. Для порівняння, у одного з найчастіше використовуваних електролітів LB303 на основі LiPF ₆, При кімнатній температурі провідність помітно вище, ніж у етілацетатного електроліту, але при зниженні температури до -40 градусів Цельсія падає відразу на 3 порядки.

На основі цього електроліту вчені зробили осередки з двома типами електродів. У першій батареї електроди складалися з інтеркаляційних з’єднань (анод – на основі манганата літію, катод – на основі покритого вуглецем змішаного фосфату літію і титану), а в другій – з органічних полімерних матеріалів (анод – на основі диангідридів нафталінтетракарбонової кислоти, а катод – з політріфеніламіна), в яких іони Li ⁺ і TFSI ^– добре розчиняються навіть при дуже низьких температурах.

Виявилося, що органічні полімерні електроди дійсно дозволяють перезаряджатись літій-іонній батареї і працювати при кімнатній, і при досить низькій негативній температурі. При -70 градусах Цельсія ємність такої батареї в порівнянні з ємністю при кімнатній температурі падає всього на 30 відсотків. При цьому, для катодів на основі шаруватих інтеркаляційних з’єднань авторам роботи не вдалося домогтися достатньої швидкості розчинення іонів літію, і такий осередок так і не запрацював при негативних температурах.

Автори роботи відзначають, що розроблені ними літій-іонні акумулятори перспективні для використання в першу чергу в якості короткочасних джерел енергії при низьких температурах, зокрема, для космічних програм.

Як альтернативний варіант вирішення проблеми переохолодження літій-іонних акумуляторів при низьких температурах вчені пропонують вбудовувати в батареї внутрішні нагрівальні елементи, які активуються при охолодженні і не дають батареї замерзнути.