Літієві акумулятори зможуть функціонувати навіть в умовах сильних морозів: для чого це необхідно?

Однією з ключових слабкостей літієвих акумуляторів вважалася їх чутливість до температурних коливань. У холодних умовах літій-іонні батареї, як правило, демонструють знижену ефективність — проте цю проблему вдалося успішно подолати.

Через низьку температуру електроліт стає більш в'язким, і рухливість іонів у ньому знижується, пояснює interestingengineering.com. Ці процеси ведуть до появи внутрішнього опору, зниження ємності та продуктивності, і врешті-решт батарея від впливу холоду може отримати серйозні пошкодження.

Однак науковці почали досліджувати функціонування літій-іонних акумуляторів за умов сильного холоду та виявили, що низькотемпературні електроліти можуть стати вирішенням цієї проблеми. Ці електроліти здатні забезпечити ефективну роботу акумуляторів не лише в холодних температурах, але й у космічному середовищі.

Дослідження проводилося спільно фахівцями Університету Чан'ань (Китай) та Технологічного університету Квінсленда (Австралія). Вчені вивчали новаторські підходи, які включають молекулярний дизайн літієвих солей з унікальними властивостями дисоціації. Вони також займалися оптимізацією матриці розчинника шляхом коригування діелектричної проникності та в'язкості, а також досліджували добавки для створення низькоімпедансних твердоелектролітних міжфазних шарів, а також композитні системи електролітів "гель-полімер".

У дослідження були включені системи, що базуються на ефірах (метилацетат, етилдифторацетат), а також на основі DOL/DME, THF та CPME, нітрилів (фторацетонітрил) і гель-полімерів. Вчені ретельно проаналізували, як температура замерзання, діелектрична проникність та кількість донорів впливають на структуру сольватації літію. Крім того, було виявлено, що моделі машинного навчання, які навчалися на більш ніж 150 000 молекул-кандидатів, здатні прогнозувати температуру плавлення, в’язкість та енергію LUMO (літій-іонного акумулятора) з точністю до 5 К або 0,1 еВ, що істотно скорочує час на відкриття нових електролітів з місяців до годин.

Дослідники прийшли до висновку, що застосування штучного інтелекту в проєктуванні має значний потенціал для прискорення створення електролітів LT нового покоління. Це можливо завдяки використанню сучасних методів, що дозволяють встановлювати кількісні зв’язки між складом матеріалів і їх продуктивністю.

У роботі команди були розглянуті досягнення в галузі розробки електролітів, спрямовані на поліпшення низькотемпературних експлуатаційних характеристик LIB (літій-іонних батарей). Зокрема, були розглянуті чотири головні проблеми таких батарей -- недостатня іонна провідність у кріогенних умовах, кінетично ускладнені процеси перенесення заряду, обмеження перенесення Li⁺ через SEI (твердотільний електролітний інтерфейс) і неконтрольований ріст літієвих дендритів.

Як заявили самі дослідники, низькотемпературні електроліти можуть забезпечувати надійну подачу електроенергії там, де традиційні лінійні акумулятори перестають функціонувати, -- наприклад, у марсоходах і арктичних безпілотниках.

Раніше повідомлялося, що звичні літієві батареї кануть в лету. Виявилося, що їх цілком здатні замінити натрієві батареї, які забезпечують більш високу щільність енергії і служать набагато довше.