В Японии разработали материал для производства быстрозаряжающихся аккумуляторов напряжением 2,35 В

Чтобы сделать литий-ионные аккумуляторы более безопасными и простыми в переработке, исследователи из Токийского научного института разработали новый электролит. Материал под названием 3D-SLISE позволяет производить быстрозаряжающиеся аккумуляторы напряжением 2,35 В без использования легковоспламеняющихся растворителей.

Технология позволяет производить аккумуляторы в нормальных условиях окружающей среды, без необходимости использования специальных сушильных камер и высокотемпературной обработки.

«Наша цель состояла в том, чтобы разработать аккумуляторную систему, которая будет не только высокопроизводительной, но также безопасной и простой в производстве», — рассказал исследователь Ёсуке Сиратори в интервью TechXplore.

3D-SLICE состоит из аморфного тетрабората лития (a-Li₂B₄O₇), литиевой соли (LiFSI), карбоксиметилцеллюлозы и воды. Смесь имеет консистенцию, похожую на слизь, что обеспечивает трёхмерную ионную проводимость. Это означает, что ионы лития могут перемещаться во всех направлениях внутри материала.

Электролит — ключевой компонент аккумулятора. В этой среде (она может быть как твёрдой, так и жидкой) ионы могут перемещаться между положительным и отрицательным электродами при зарядке и разрядке аккумулятора.

Исследователи разработали два типа 3D-SLICE, предназначенных для использования в различных областях. В типе E добавлен электродный материал, включающий оксид лития-кобальта (LiCoO₂) для катода и титанат лития (Li₄Ti₅O₁₂) для анода. Тип S, с другой стороны, без добавок используется в качестве своего рода квазитвердого электролитного слоя между электродами.

Электролит (вверху, белый) и электродный материал (внизу, черный). Источник: Ёсуке Сиратори
Эти смеси можно просто нанести на плёнку и высушить при комнатной температуре. Утверждается, что они сохраняют ёмкость не менее 80% в течение нескольких сотен циклов зарядки и разрядки. Например, после 400 циклов ёмкость аккумулятора все еще составляла 92%. Во время испытаний аккумуляторы заряжались током 1С, что означает, что их можно было зарядить примерно за 60 минут. Испытания аккумулятора проводились при комнатной температуре. Как он ведет себя при более низких температурах, неизвестно. 

3D-SLISE также обладают ещё одним преимуществом: их довольно легко перерабатывать. Поскольку электролит на водной основе, электроды можно просто извлечь из использованных аккумуляторов и замочить в воде. 

«Благодаря этой технологии можно напрямую извлекать ценные элементы, такие как кобальт, что способствует более устойчивому и надёжному снабжению важными материалами для аккумуляторов», — говорят исследователи.

Однако одна проблема всё ещё требует решения, и она не из лёгких. Плотность энергии аккумуляторов составляет всего около 50 Вт·ч на килограмм. Исследователи предполагают, что при использовании более качественных материалов она может увеличиться до 100 Вт·ч на килограмм. Однако это всё ещё низкий показатель — у обычных литий-ионных аккумуляторов сейчас этот показатель превышает 300 Вт·ч/кг.

Следовательно, аккумуляторы 3D-SLISE вряд ли будут использоваться в электромобилях. Однако в будущем этот материал вполне может конкурировать с другими устройствами хранения энергии, такими как свинцовые аккумуляторы (40 Вт⋅ч/кг) или никель-металлгидридные аккумуляторы (до 80 Вт⋅ч/кг).