12 декабря 2019, четверг, 02:18
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

10 апреля 2018, 09:56

Химики увеличат энергоемкость аккумуляторов

С повышением концентрации раствора LiBF4 возрастает и максимальное рабочее напряжение, при котором он остается стабилен
С повышением концентрации раствора LiBF4 возрастает и максимальное рабочее напряжение, при котором он остается стабилен
Источник: Олег Дрожжин

Химики изучили высоковольтную стабильность концентрированных растворов солей лития в специальном растворе. Новые данные позволят продвинуться в создании следующего поколения литий-ионных (а в перспективе – и натрий-ионных) аккумуляторов, чья энергоемкость будет увеличена благодаря повышению рабочего напряжения. Исследование выполнено сотрудниками химического факультета МГУ в соавторстве с сотрудниками Центра Сколтеха по электрохимическому хранению энергии. О его результатахсообщает статья в журнале Electrochimica Acta. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ).

Одним из главных преимуществ литий-ионных аккумуляторов перед предшественниками является их высокое рабочее напряжение – в среднем 3,3–3,8 вольта в зависимости от типа материала электрода (катода). Напряжение единичной ячейки аккумулятора, наравне с его электрохимической емкостью, определяет его энергоемкость, то есть количество запасаемой энергии. Многие ученые и сотрудники компаний пытаются решить задачу дальнейшего повышения рабочего напряжения литий-ионных аккумуляторов до 5 вольт или выше. Главным препятствием считается отсутствие подходящего проводника тока – электролита. «Высоковольтные электролиты актуальны для любых, в том числе литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов, – комментирует Олег Дрожжин, кандидат химических наук и старший научный сотрудник кафедры электрохимии химического факультета МГУ, руководивший этой частью работы по гранту РНФ. – Если у нас есть аккумулятор с рабочим напряжением 3,7 вольта, а мы сделаем аккумулятор с рабочим напряжением 5 вольт, то у него почти в 1,5 раза вырастет энергоемкость, и мы в 1,5 раза увеличим количество запасаемой энергии».

Литий-ионные батарейки уже много лет делают из жидких электролитов — специального органического растворителя с ионами (заряженными частицами) солей лития. Лучше всего ток проходит при определенной концентрации этих солей в растворе, которая уже давно известна – примерно 1 моль на литр. Поэтому все коммерческие литий-ионные аккумуляторы изготавливаются из электролита именно этой концентрации. Этот электролит способен выдерживать напряжение до 4,2–4,3 вольт. Однако при выборе высоковольтной системы, способной запасать больший объем энергии, на первый план выходит уже не качество проводника тока, а его электрохимическая устойчивость к окислению более высоким потенциалом, например, 5 вольт.

Поскольку сами по себе положительные высоковольтные электроды (катоды) более устойчивы к напряжению, максимальное напряжение аккумулятора зависит в первую очередь от стабильности электролита. Эту величину пытаются приблизить к 5 – 5,5 вольта. Для этой цели можно использовать различные добавки, менять растворитель или соли в электролите. В последние годы ученые во всем мире изучают растворы с повышенной концентрацией солей. Поначалу рассматривали поведение отрицательного электрода (анода), и только в 2016 году удалось повлиять на катод аккумулятора. Японские химики повысили стабильность литий-ионной ячейки при напряжении в 5 вольт, увеличив концентрацию раствора электролита с 1 моль на литр до 10 моль на литр. Правда, для этого пришлось использовать достаточно редкую и дорогую соль LiFSA. Ее использование сильно повысило бы стоимость аккумуляторов.

Российские химики решили найти компромисс между стабильностью при высоком напряжении, высокой эффективностью и стоимостью электролита. Для этого они использовали хорошо известную, стабильную и достаточно дешевую соль лития и изучили высоковольтную устойчивость растворов на ее основе при концентрациях 1–3 моль на литр. «Повышение концентрации соли лития LiBF4 примерно до трех моль на литр значительно повышает высоковольтную стабильность электролита. Мы показали, что, во-первых, увеличилась стойкость электролита к высоким напряжениям, во-вторых, удалось получить меньший разброс емкости от цикла к циклу, что часто наблюдается для разбавленных растворов, особенно при высоком рабочем напряжении», – рассказывает Олег Дрожжин.

Кроме того, ученые попытались понять, из-за чего меняются свойства полученного электролита: из-за самого раствора или образованного на поверхности положительного электрода промежуточного слоя. «Во многом свойства электролита определяются свойствами образующегося слоя – такой пленки на одном из электродов, состоящей из продуктов окисления либо восстановления электролита, – поясняет Олег Дрожжин. – Если для анода это установлено точно, то с катодом все сложнее. Мы сделали несколько экспериментов, исследовали поверхность электродов и выяснили, что в случае высоковольтных концентрированных электролитов эта пленка такая же, как и в случае «обычных» разбавленных (1 моль на литр), либо она настолько тонкая, что почти ни на что не влияет, а все зависит именно от свойств самого раствора».

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп защита растений информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.