В Стэнфорде сделали литиево-ионную батарею, которая работает даже в огне

Множество ученых и исследователей работают над усовершенствованием литиево-ионных аккумуляторов. Емкость этих накопителей энергии все еще не достигла теоретического максимума, кроме того остается и опасность возгорания аккумуляторов в процессе использования. Ученые из Стэнфордского университета сделали открытие, которое поможет обезопасить эксплуатацию батарей на основе лития.

Как мы не раз сообщали, главной опасностью для современных литиево-ионных аккумуляторов остается риск короткого замыкания. Это случается, когда на литийсодержащих электродах в процессе заряда и разряда начинают расти игольчатые кристаллы дендриты. Особенно разросшийся кристалл может проткнуть разделительную пленку в электролите (сепаратор) и вызвать лавинообразный рост тока с последующим возгоранием и даже взрывом.

Предотвратить рост дендритов может твердый электролит. Поэтому сейчас направление по разработке литиево-ионных аккумуляторов с твердым электролитом одно из самых популярных среди исследователей. Ученые из Стэнфорда тоже пошли по этому пути. Более того, они попытались сделать состав электролита максимально устойчивым к возгоранию и преуспели в этом. Твердые электролиты, ведь, тоже при определенных условиях могут воспламениться.

В статье, опубликованной в прошлом месяце в Nano Letters, команда ученых рассказала, как они создали новый «огнеупорный» твердотельный электролит (SSE) для использования в литий-ионных батареях. Для этого в состав электролита был добавлен огнеупорный материал декабромдифенилэтан (DBDPE). Но не просто в виде наполнителя, а в сочетании с полиимидом, придающим электролитному слою механическую прочность. А прочностью ему нужна. Толщина твердого электролита составляет всего от 10 до 25 мкм. Кроме того, полиимид дешев и имеет высокую температуру плавления.

Но тут же пришлось решать другую задачу. Полиимид не проводит ионы. И чтобы электролит справлялся со своей задачей, к DBDPE с полиимидом были добавлены еще два разных полимера: полиэтиленоксид (PEO) и бистрифторметансульфонилимид лития (LiTFSI).

Получившийся в итоге электролит позволил сделать литиево-ионный аккумулятор с хорошей удельной емкостью 131 мА·ч/г для рейтинга 1C (с разрядом номинальным током в течение одного часа) и с хорошим показателем цикличности на уровне 300 циклов с длительностью разряда 2 часа в цикле (с рейтингом С/2) при температуре 60 °C. Температура, отметим, немаленькая для литиево-ионного аккумулятора. Но больше всего ученые поразились, когда они подожгли аккумулятор. Он не только не взорвался, но продолжал еще какое-то время работать и питать нагрузку в виде светодиода.

В дальнейшем ученые намерены работать над увеличением емкости аккумуляторов на новом электролите и улучшать другие его потребительские качества.

Университеты