Разработки в области литий-металлических аккумуляторов откроют путь к мощным и безопасным мобильным устройствам

Бум последних десятилетий в сфере ноутбуков, телефонов, а также прочих мобильных устройств стал возможным благодаря литий-ионным аккумуляторам. До некоторого момента их было вполне достаточно для устойчивого развития. Но в свете развития возобновляемых источников энергии и электромобилей технологии литий-ионных аккумуляторов для развития уже недостаточно. Поэтому учёные всё чаще обращают своё внимание на литий-металлические аккумуляторы, имеющие теоретическую ёмкость на порядок больше, чем литий-ионные. Однако быстрое развитие технологии Li-Ion отодвинуло их на задний план.

Результаты проведённого исследования учёные опубликовали здесь. Там они описывают способ решения этой давней проблемы с использованием неорганических расплавленных солей. Эти соли не содержат растворителей. Технология, по мнению исследователей, поможет создать безопасные и энергоёмкие аккумуляторные батареи для электромобилей и хранения возобновляемой энергии. Аманчукву говорит, что им удалось разработать энергонезависимую негорючую систему, которая имеет высокую безопасность по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. А также он заявляет о повышении энергетической плотности аккумулятора в два раза по сравнению с Li-Ion.

Стандартные литий металлические аккумуляторы основаны на электролите, который получается путём растворения соли лития в растворителе. Именно эти растворители и вызывают проблемы с безопасностью, поскольку они легковоспламеняющиеся.

Для устранения проблем литий-металлических аккумуляторов исследователи пробовали различные растворители или фазы. Эксперименты в основном производились с концентрацией соли. Ученые говорят, что здесь всегда присутствует некоторый компромисс. Аккумуляторы с твёрдыми неорганическими электролитами являются безопаснее, а батареи с жидкими электролитами всегда более мощные. Поэтому приходится делать выбор между небезопасными аккумуляторами или технологией с низкой энергетической плотностью. Команда учёных Аманчукву применила новый подход, в котором они поставили под сомнение стандартную структуру самого электролита. Они задались вопросом, а зачем вообще нужен растворитель. И просто удалили его.

Команда исследователей превратила соль лития в жидкость. Но они не растворяли её, а расплавили. Для этого был разработан новый состав соли, который плавится при низких температурах. Основной задачей было достижение температуры, при которой соль лития расплавляется, а металлический литий – нет. Для понимания, чистый хлорид лития расплавляется при температуре немного выше 600 градусов Цельсия. Температура плавления металлического лития составляет 180° C. Поэтому расплавленный солевой электролит должен иметь значительно более низкую температуру плавления. Учёные разработали состав соли, которая плавится при 45° С. У них получился мощный аккумулятор, безопасно работающий в диапазоне температур от 80 до 100°С.

Аманчукву говорит, что это и есть золотая середина. В данном случае вы получаете все плюсы от безопасности устройства. Но нужно работать при температурах, которые позволяют соли быть в жидком состоянии. Группа исследователей продолжает работать над созданием композиций соли с более низкими температурами плавления. Их конечной целью является разработка мощного литий-металлического аккумулятора, который будет функционировать при комнатной температуре. То есть, им нужно снизить рабочую температуру до 25°С. Это вызывает довольно большой интерес с прикладной и исследовательской точки зрения. Если эта работа будет успешной, то появится возможность создания очень эффективного аккумулятора, который поможет решить глобальную задачу хранения энергии.