Литиевая батарея с новым электролитом сохраняет работоспособность при −50 °C

Группа ученых из Китая Нанькайского университета представила новый тип электролита для литиевых аккумуляторов, способный обеспечивать высокую энергоёмкость и стабильную работу при экстремально низких температурах. Разработка опубликована в журнале Nature.

По данным авторов, батареи с новым электролитом демонстрируют энергоёмкость свыше 700 Вт·ч/кг при комнатной температуре и около 400 Вт·ч/кг при −50°C. Для сравнения, современные аккумуляторы, применяемые, в том числе, в электромобилях, обычно достигают 250–270 Вт·ч/кг при стандартных условиях.

Новый подход к составу электролита

Ключевым элементом разработки стали модифицированные растворители на основе монофторированных гидрофторуглеродов (HFC). Электролит в литий-ионных и литий-металлических батареях обеспечивает перенос заряда между катодом и анодом, а свойства растворителя во многом определяют эффективность работы аккумулятора.

Традиционно в электролитах используются соединения с кислородными и азотными лигандами, однако при низких температурах и быстрой зарядке они ухудшают кинетику переноса заряда из-за сильного связывания ионов лития.

Китайские исследователи синтезировали шесть вариантов HFC-растворителей и протестировали их в лабораторных элементах при широком диапазоне температур. Один из составов — на основе 1,3-дифторпропана (DFP) — показал наилучшие результаты.

Стабильность при низких температурах

Новый электролит продемонстрировал низкую вязкость, высокую окислительную стабильность и сохранение ионной проводимости даже при −70°C. Ослабленное взаимодействие фтора с ионами лития способствует более эффективным процессам осаждения и растворения лития, что положительно влияет на стабильность батареи.

По данным исследования, литий-металлические аккумуляторы с таким электролитом способны работать при минимальном объёме электролита и сохранять высокую энергоёмкость в экстремальных климатических условиях.

Потенциальные сферы применения

Авторы указывают, что технология может быть востребована в электротранспорте, авиационно-космической отрасли, а также в системах хранения энергии, эксплуатируемых в регионах с суровым климатом.

В перспективе исследователи планируют оптимизировать состав растворителей, варьируя соотношение углерода и фтора, чтобы повысить температурную устойчивость и долговечность батарей.

Разработка демонстрирует один из возможных путей повышения энергоёмкости и расширения рабочего температурного диапазона литиевых аккумуляторов — ключевого элемента современной низкоуглеродной энергетики.