Литий ионные аккумуляторы умеют работать при -70*С
Китайским ученым удалось осуществить разработку материала электролита, используемого в литий-ионных аккумуляторах. Благодаря этому новшеству батареи могут функционировать в условиях отрицательных температур в пределах -70-ти градусов Цельсия. Уровень емкости батарей, в основе которых используется предложенный электролит в сочетании с органическими электродами, при подобных температурах не превышает 70-ти процентов от всей емкости, которая соответствует комнатным температурам, как утверждают ученые.
Важная проблема, характерная литий-ионным аккумуляторам, состоит в резком уменьшении емкости при функционировании при отрицательных температурах. Функционирование наиболее морозостойких батарей продолжается при понижении температуры до -40-ка градусах Цельсия. В подобных ситуациях происходит снижение их емкости приблизительно на 12-ть процентов. Это обусловлено либо элементарным замерзанием вещества электролита, либо сильным падением его проводимости по ионам лития.
Суть разработки
Китайским химикам, руководимым Юняо Ся, работающим в Фуданьском университете, удалось осуществить разработку нового материала, называемого органическим электролитом, в основе которого используется этилацетат. В электролите используется компонент, содержащий литий, который называется бисимидом лития. У такого электролита отмечают достаточную для нормального функционирования аккумулятора ионную проводимость в ситуации с высокими температурами (до 55-ти градусов), а также в ситуации с достаточно низкими отрицательными температурами. Уровень проводимости по ионам лития даже при 70-ти градусных морозах достигает 0,2 миллисименса/сантиметр. Можно сравнить с этими показателями один часто используемый электролит LB303, в основе которого находится LiPF6. При комнатных температурах его проводимость существенно повышается в сравнении с этилацетатным электролитом. Если же температура снижается до -40-ка градусов, падение проводимость достигает сразу 3-х порядков.
Основываясь на этом электролите, ученым удалось сделать ячейки, в которых используются электроды двух типов. Если представить первую батарею, в ней электроды представлены интеркаляционными соединениями. В основе анода манганат лития, в основе катода – покрытый углеродом смешанный фосфат титана и лития. Если же представить вторую батарею, в ней электроды представлены органически полимерными материалами. В основе анода находится диангидрид нафталинтетракарбоновой кислоты, в основе катода — политрифениламин. В них происходит хорошая растворимость ионов Li+ и TFSI- даже в ситуации с очень низкими температурами.
Как оказалось, действительно благодаря органическим полимерным электродам перезаряжаемая литий-ионная батарея способна функционировать как в ситуации с комнатной, так и с низкими отрицательными температурами. Если сравнить емкость таких батарей, которые функционируют при комнатных температурах и температурах, приблизительно равных -70-ти градусам Цельсия, то снижение емкости достигает всего 30-ти процентов. Авторы исследования, использующие катоды, в основе которых находятся слоистые интеркаляционные соединения, сумели получить достаточную скорость растворения ионов лития. Функционирование такой ячейки так и не началось при отрицательной температуре.
По утверждению авторов работы, перспектива разработанных ими литий-ионных аккумуляторов заключается, прежде всего, в использовании их в качестве кратковременного источника энергии в ситуациях с низкими температурами, например, с космическими приложениями.
Альтернативным вариантом по решению проблемы, связанной с переохлаждением литий-ионных аккумуляторов, работающих в условиях низких температур, по предложению ученых, может стать встраивание в батареи внутренних нагревательных элементов, активизирующихся при опасности охлаждения и не дающих батареям замерзать.
