Изучая возможности аккумуляторов нового поколения исследователи из UC San Diego разработали концепты, способные функционировать в условиях экстремальных температур. В своем исследовании команда представила литиевые аккумуляторы, которые не только эффективно работают при низких и высоких температурах, но и могут сохранять вдвое больше энергии, чем классических элементы, и при этом быть более безопасным для окружающей среды.

В прошлом году та же группа исследователей уже рассказывала об интересном открытии, которое было связано с возможностью управлять движением ионов в литиевой батарее. Это происходит благодаря новому раствору электролита, который перемещает ионы лития между двумя электродами батареи, катодом и анодом.

Эксперты добились успеха при помощи электролита, который образовывал более слабые связи с ионами лития, что способствовало их более равномерному распределению в процессе зарядки. Такой слабосцепляющийся состав использовался в экспериментальных литиевых батареях с металлическим анодом повышенной плотности и катодом, содержащим молекулы серы. Данное устройство было способно работать при отрицательных температурах, сохраняя при этом значительную часть своего заряда.

В ходе дальнейших экспериментов с ингредиентами электролита исследователям удалось разработать модификацию, работающую при повышенных температурах. В состав нового электролита были включены соли лития и бутиловый эфир - органическое вещество с температурой кипения 142 °C (287 °F), что позволило электролиту оставаться жидким при достаточно высоких температурах.

Во время тестов элементы наполненные таким электролитом смогли сохранить до  88 процентов своей емкости при температуре -40 °C  и до 116 % при + 50 °C. Кроме того, работая в экстремальных условиях устройства продемонстрировали высокую кулоновскую эффективность (порядка 98 процентов), что указывает на их способность выдерживать большее количество циклов перезарядки  до полного завершения срока службы.

Благодаря устройствам, способным работать при пониженных температурах, электрические транспортные средства могут значительно увеличить дальность пробега в суровых условиях полярного климата. С другой стороны, аккумулятор, способный безопасно эксплуатироваться при повышенных температура, не будет нуждаться в охлаждающих устройствах предотвращающих его перегрев.

"Предположим, что вам необходимо эксплуатировать автомобили в условиях высоких температур в районах, где окружающая среда может нагреваться до трехзначных цифр, а на асфальте температура поднимается еще выше", - рассказывает автор проекта Чжэн Чен. "В электромобилях аккумуляторные элементы, как правило, находятся в его днище, в непосредственной близости от таких раскаленных дорог. Кроме того, аккумуляторы разогреваются только от того, что через них проходит электрический ток. Если батареи не способны выдержать этот нагрев их эффективность резко упадет".

Повторимся - новый электролит совместим с высокоплотными литиевыми анодами и катодами, содержащими серу. Такая технология позволяет накапливать вдвое больше энергии, чем существующие литий-ионные элементы, что может " способствовать появлению электромобилей с удвоенным радиусом действия".  К тому же, сера является более распространенным и менее проблематичным элементом, (по сравнению с относительно редким и дорогим кобальтом, используемым в современных литий-ионных устройствах), что позволяет снизить нагрузку на экологию.

Команда утверждает, что срок службы их конструкции намного больше, чем у существующих литий-серных батарей. Сейчас эксперты сосредоточены на том, чтобы еще больше увеличить срок службы аккумулятора, обеспечить его работу при еще более высоких температурах, а также расширить масштабы производства.

Результаты данного проекта будут представлены на этой неделе в научном издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источники: University of California, San Diego; Journal Proceedings of the National Academy of Sciences, Википедиа
(https://www.pnas.org/)
(https://ru.wikipedia.org/wiki/Дибутиловый_эфир)
(https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/these-energy-packed-batteries-work-well-in-extreme-cold-and-heat)