Новая литиевая батарея достигает плотности более 700 Вт-ч/кг и работает при температуре -50 °C

Исследовательская группа из Китая разработала новый гидрофторуглеродный электролит, который побил существующие потолки производительности аккумуляторов. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, говорится о растворителе, способном обеспечить плотность энергии более 700 Вт-ч/кг при комнатной температуре и около 400 Вт-ч/кг при -50 °C (122 °F). Это значительно превосходит показатели обычных батарей для электромобилей, которые обычно имеют пиковую плотность около 270 Вт-ч/кг при нормальных условиях, открывая новый потенциал для аэрокосмической отрасли, хранения данных и электротранспорта в экстремальных климатических условиях.

Исторически сложилось так, что электролиты аккумуляторов используют лиганды на основе кислорода и азота для переноса заряда между катодом и анодом. Однако эти традиционные материалы создают прочное связывание, которое препятствует переносу заряда на границе раздела электрод-электролит, что сильно ограничивает производительность при работе при низких температурах или быстрой зарядке. Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи синтезировали шесть монофторированных гидрофторуглеродных растворителей. Специально разработав лиганды на основе фтора с регулируемыми стерическими препятствиями и основностью Льюиса, команда улучшила растворение литиевой соли до уровня, превышающего 2 моль/л.

Выделяющийся растворитель, 1,3-дифторпропан, продемонстрировал исключительные свойства, включая низкую вязкость 0,95 сантипуаз и высокую устойчивость к окислению при напряжении выше 4,9 вольт. Благодаря включению атомов фтора в первую сольватационную оболочку, возникающая слабая координация способствует высокоэффективному осаждению и отводу лития. Этот механизм позволяет достичь кулоновской эффективности 99,7% и плотности тока обмена на целую величину больше, чем у традиционных систем на основе кислорода при температуре -50 °C (122 °F).

Испытания оказались успешными в литий-металлических ячейках, работающих с количеством электролита менее 0,5 грамма на ампер-час. По словам исследователей, эта фтор-координационная химия выходит за традиционные пределы электрохимического дизайна. В будущем модулирование соотношения углерода и фтора может привести к еще более стабильным вариантам с высокой температурой кипения выше 100 °C (212 °F), открывая перспективный путь для дальнейшего повышения мощности и плотности энергии в системах хранения энергии следующего поколения.