Литий-ионные батареи могут работать дольше с помощью химических изменений

Возможно, удастся продлить срок службы литий-ионных батарей, используя стандартную недорогую химию.

Литий-ионные аккумуляторы состоят из отрицательного анода и положительного катода с пористым сепаратором между ними. Он погружен в электролит, который позволяет ионам лития перемещаться между электродами во время зарядки и разрядки.

На отрицательном электроде электролит разрушается, образуя тонкое защитное покрытие, которое сохраняет стабильность батареи и продлевает срок ее службы.

Чуньшэн Ван в Университете Мэриленда говорят, что создание подобного защитного слоя на катоде всегда считалось гораздо более сложным, поскольку электрические условия там другие, создавая более реактивную среду и вызывая разрушение обычных электролитов до того, как сможет сформироваться стабильное покрытие.

Ван и его коллеги преодолели это препятствие, используя простую реакцию, заимствованную из органической химии, которая делает электролит более «готовным» принимать электроны и направляет его распад в контролируемый процесс, который создает стабильное защитное покрытие на катоде.

«Управляя тем, как электролит разрушается на молекулярном уровне, мы смогли точно контролировать защитный слой, образующийся на катоде», — говорит Сиюэ Чжаннаучный сотрудник группы Ванга.

Химия также гибкая. Полученный катодно-электролитный слой можно настроить либо на более защитный, сильно экранирующий катод, либо на менее защитный, обеспечивающий более слабую защиту, но обеспечивающий более быстрые электрохимические реакции и обеспечивающий дополнительную энергию. Это означает, что батареи можно оптимизировать для обеспечения максимальной мощности и энергии или увеличения срока службы и стабильности.

«Если удастся обеспечить формирование [cathode-electrolyte layer]это будет шагом вперед в обеспечении более длительного цикла работы аккумулятора», — говорит Мишель Арманд в CIC energiGUNE, исследовательском центре по хранению энергии в Испании. Учитывая, что Ван и его коллеги использовали хорошо зарекомендовавшие себя химические процедуры для модификации конструкции батареи, такие батареи должны быть безопасными и простыми в производстве, говорит Арманд.

В настоящее время неясно, насколько именно новый подход может увеличить срок службы литий-ионных батарей, но это должно стать яснее позже в ходе разработки технологии.

«Это относительно простая модификация существующих батарей», — говорит Ван. «После испытаний на безопасность и длительного цикла этот подход [could] реально достичь потребителей».