Нова конструкція електроліту може призвести до вдосконалення акумуляторів для електромобілів Stanford News
Стенфордські дослідники розробили новий електроліт для літієвих металевих акумуляторів, який може збільшити діапазон руху електромобілів.
Марк Шварц
Новий електроліт на основі літію, винайдений вченими Стенфордського університету, може прокласти шлях для наступного покоління електромобілів на акумуляторних батареях.
Звичайний (прозорий) електроліт ліворуч, а новий Стенфордський електроліт праворуч. (Зображення: Zhiao Yu)
У дослідженні, опублікованому 22 червня в Nature Energy, дослідники Стенфорду демонструють, як їх нова електролітна конструкція підвищує ефективність роботи літієвих металевих акумуляторів, перспективної технології живлення електромобілів, ноутбуків та інших пристроїв.
"Більшість електричних автомобілів працюють на літій-іонних акумуляторах, які швидко наближаються до своїх теоретичних меж щільності енергії", - заявив співавтор дослідження Йі Цуй, професор матеріалознавства та інженерії фотонів в Національній лабораторії прискорювачів SLAC. "Наше дослідження було зосереджене на металевих літієвих батареях, які легші за літій-іонні акумулятори і потенційно можуть подавати більше енергії на одиницю ваги та об'єму".
Літій-іонний проти металу літію
Літій-іонні батареї, що використовуються у всьому - від смартфонів до електромобілів, мають два електроди - позитивно заряджений катод, що містить літій, і негативно заряджений анод, зазвичай виготовлений з графіту. Розчин електроліту дозволяє іонам літію переміщатися вперед-назад між анодом і катодом, коли акумулятор використовується і коли він заряджається.
Кандидати наук та провідні автори Хансен Ван (зліва) та Чжао Ю (справа), випробовуючи експериментальну камеру у своїй лабораторії. (Кредит зображення: Hongxia Wang.)
Літієво-металевий акумулятор вміщує приблизно вдвічі більше електроенергії на кілограм, ніж сучасний звичайний літій-іонний акумулятор. Літієві металеві батареї роблять це, замінюючи графітовий анод на металевий літій, який може зберігати значно більше енергії.
"Літієві металеві акумулятори є дуже перспективними для електромобілів, де вага і об'єм викликають велике занепокоєння", - сказав співавтор дослідження Женен Бао, К.К. Професор Лі в Інженерній школі. “Але під час роботи анод з металевим літієм реагує з рідким електролітом. Це спричиняє ріст мікроструктур літію, які називаються дендритами, на поверхні анода, що може призвести до загоряння та виходу батареї з ладу ».
Дослідники десятиліттями намагалися вирішити проблему дендриту.
"Електроліт був ахіллесовою п'яткою літієвих металевих батарей", - сказав співавтор Чжао Ю, аспірант хімії. "У нашому дослідженні ми використовуємо органічну хімію для раціонального проектування та створення нових стабільних електролітів для цих батарей".
Новий електроліт
Для дослідження Ю та його колеги дослідили, чи можуть вони вирішити проблеми стабільності за допомогою звичайного, комерційно доступного рідкого електроліту.
"Ми припустили, що додавання атомів фтору до молекули електроліту зробить рідину більш стабільною", - сказав Ю. «Фтор є широко використовуваним елементом в електролітах для літієвих батарей. Ми використали його здатність залучати електрони, щоб створити нову молекулу, яка дозволяє металевому аноду літію добре функціонувати в електроліті ".
В результаті з’явилася нова синтетична сполука, скорочена FDMB, яка може бути легко випущена навалом.